Entfernung ausgedienter Satelliten durch Bremssegel

Ausgediente Satelliten auf niedrigen Umlaufbahnen befinden sich oft noch Jahrzehnte im Orbit, bis sie schließlich beim Wiedereintritt verglühen. Bremssegel bieten die Möglichkeit, diese Satelliten schneller zu entsorgen. Sie können so verlangsamt werden, dass sie früher in die dichtere Erdatmosphäre eintreten, wo sie rückstandslos verglühen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt forscht seit Jahren an Membrantechnologien und ultraleichten Segelmasten. Zusammen mit dem Industrieunternehmen HPS kommen Forschungsergebnisse nun in Form des Bremssegels „ADEO“ in die Anwendung.

Im Rahmen verschiedener, von der europäischen Weltraumagentur ESA finanzierter Projekte, entwickelt das DLR bereits seit 2015 zusammen mit der Münchener Firma HPS Widerstandssegel. Das DLR hat sein Know-how im Bereich der Auswahl, des Designs und der Qualifikation der Bremssegelmembran eingebracht. „Nach vielen Jahren der Zusammenarbeit mit HPS kommen die DLR-Komponenten in einem fertigen Produkt in die Anwendung, also auch in den Weltraum, wofür sie gedacht sind“, sagt Patric Seefeldt, Gruppenleiter Materialalterung beim DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen. Die vom DLR erforschten Membranen, die möglichst kompakt zusammen- und mit ultraleichten Masten wieder entfaltet werden können, fügt HPS mit entsprechenden Strukturen und elektronischen Komponenten zu einem Gesamtsystem zusammen.

Um Satelliten aus dem Orbit zurückzubringen, muss das Segel einwandfrei funktionieren, nachdem es zehn bis zwanzig Jahre im Orbit in verstauter Konfiguration lagerte. Die verwendeten Materialien müssen unter Weltraumbedingungen langlebig sowie extrem dünn und leicht sein. Drei Segel aus Vorgängerprojekten sind bereits im Weltraum und zwei davon entfaltet. Derzeit wird das erste große ADEO-L-Segel der Firma HPS beim DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen getestet und für den Weltraumeinsatz qualifiziert.

Das Modell wiegt nur wenige Kilogramm, hat ein Packmaß von der Größe eines Schuhkartons und stellt eine Segelfläche von 25 Quadratmetern zur Verfügung. Die Qualifikation umfasste Vibrations- und Thermal-Vakuum-Tests. Vibrationstest simulieren die hohen Kräfte, denen ein Satellit beim Start mit einer Trägerrakete ausgesetzt ist. In der Thermal-Vakuum-Kammer wurde das Segel mehrmals teilentfaltet, um nachzuweisen, dass dies auch unter Weltraumbedingungen, zum Beispiel im Vakuum, bei Kälte im Erdschatten oder großer Hitze bei direkter Sonneneinstrahlung, funktioniert. Bei abschließenden Tests entfaltete sich das Segel einwandfrei.

Raumfahrzeuge sind auf niedrigen Umlaufbahnen der Reibung durch die Restatmosphäre ausgesetzt. Ohne Bahnkorrekturen erfolgt eine langsame Abbremsung auf immer tiefere Bahnen, bis es zum Wiedereintritt kommt. Bremssegel nutzen diesen Effekt, um mit einer größeren Oberfläche eine größere Bremswirkung und damit ein deutlich schnelleres Absinken zu erzeugen. Für die niedrigen Umlaufbahnen bis etwa in 800 Kilometer Höhe können mitgeführte Bremssegel zukünftig eine unkontrollierte Verschmutzung des Weltraums durch neue Schrott- und Kollisionstrümmer verhindern. Darüber hinaus tragen solche Segel dazu bei, die Betriebszeit eines Satelliten zu verlängern. Denn für die Entfaltung und den folgenden passiven Abstieg wird kein Antrieb benötigt. 2024 soll dann auch ADEO-L auf seine erste ESA-Demonstrationsmission in den Weltraum gehen.

DLR / RK