ESA ist besorgt: Satelliten sinken immer schneller Richtung Erde

Satelliten in ihrer Umlaufbahn sinken immer langsam Richtung Erde. Die Betonung liegt hier auf langsam. „Üblich sind bis zu 2,5 Kilometer pro Jahr – zumindest war es die vergangenen 5 bis 6 Jahre so“, berichtet Anja Stromme gegenüber space.com. Sie ist Mission-Manager für SWARM. Mit diesen 3 baugleichen Satelliten misst die europäische Weltraumorganisation ESA das Magnetfeld der Erde.

Und genau diese Satelliten sinken plötzlich viel schneller, als sie sollten. „Seit Dezember sind sie regelrecht im Sinkflug. Zwischen Dezember 2021 und April 2022 betrug die Sinkrate 20 Kilometer pro Jahr.“

Stärkerer Sonnenwind und Sonnenstürme

Die höhere Sinkrate geht mit der erhöhten Sonnenaktivität einher. Die Aktivität der Sonne läuft in Zyklen ab. Ein Zyklus dauert etwa 11 Jahre. Derzeit steigt die Aktivität an, der Höhepunkt des aktuellen Zyklus wird 2025 erwartet. Durch die verstärkte Aktivität ist der Sonnenwind höher und es finden häufiger Sonneneruptionen statt.

Der Sonnenwind ist ein Teilchenstrom aus Protonen und Elektronen, der permanent von der Sonne abströmt. Bei Sonneneruptionen, die meist von Sonnenflecken ausgehen, werden besonders viele Teilchen ausgestoßen. Befindet sich die Erde gerade ungünstig zur Sonne, kann sie direkt durch diesen Teilchenstrom fliegen. Die Folge ist ein sogenannter Sonnensturm. Dieser kann auf der Erde Funkverbindungen ausfallen lassen und in extremen Fällen für Störungen des Stromnetzes sorgen, bis hin zu weitreichenden Blackouts.

Dichtere Luft bremst Satelliten ab

Die Folgen sind auch im Umfeld der Erde zu spüren, wie eben im Orbit. „Wir wissen noch nicht exakt, wie Sonnenwinde mit den oberen Schichten der Atmosphäre interagieren“, sagt Stromme: „Wir wissen aber, dass sie für einen Auftrieb der Atmosphäre sorgen. Dichtere Luftschichten wandern nach oben.“

Die dichte Luft bremst die Satelliten – selbst in 400 Kilometern Höhe über der Erde. Das reicht aus, um sie so sehr zu verlangsamen, dass sie Richtung Erde sinken. Stromme vergleicht das mit Gegenwind. „Je stärker der Sonnenwind, desto langsamer der Satellit. Und wenn sie langsamer fliegen, sinken sie.“

40 SpaceX-Satelliten abgestürzt

Im Mai musste die ESA bei 2 SWARM-Satelliten, die in 430 Kilometern Höhe fliegen, eingreifen. Wären die Triebwerke nicht gezündet worden, wären sie abgestürzt.

Dass das nicht nur ein theoretisches Szenario ist, zeigte sich im Februar 2022. SpaceX verlor 40 Starlink-Satelliten, weil sie kurz nach dem Start von einem Sonnensturm getroffen wurden. Die dichtere Luft verhinderte, dass die Satelliten ihren sicheren Orbit erreichen – sie verglühten in der Atmosphäre.

Besonders CubeSats sind gefährdet

Satelliten, die in der Umlaufbahn um die 550 Kilometer Höhe sind, sind weniger von der Sonnenaktivität betroffen. Auch Starlink-Satelliten, die ihren Zielorbit erreichen, befinden sich in dieser Höhe. Laut Stromme wird die steigende Sonnenaktivität aber alle Satelliten betreffen, die in etwa 400 Kilometer Höhe in der Umlaufbahn sind. Das betrifft auch die Internationale Raumstation ISS, sowie die zahlreichen günstigen CubeSats, die in den vergangenen Jahren ins All geschossen wurden.

Viele davon haben kein Antriebssystem, weil sie eben so günstig wie möglich sein sollen. Laut Stromme werden sie deshalb kürzer im All bleiben, als dies von ihren Betreibern gedacht war. Aber auch Satelliten mit Antriebssystem sind betroffen. Muss häufiger der Orbit korrigiert werden, wird mehr Treibstoff verbraucht. Ist kein Sprit mehr da, ist die Mission bald zu Ende. Entweder, weil der Orbit nicht mehr gehalten werden kann und der Satellit verglüht, oder weil mit dem letzten Rest-Treibstoff ein gezielter Absturz eingeleitet wird, damit die Trümmer über unbewohntem Gebiet herunterprasseln.

Sonnenaktivität viel höher als berechnet

Ob es in Kürze zu einem regelrechten „Satellitensterben“ kommen wird, ist aber noch nicht klar. Die aktuelle Sonnenaktivität stimmt nicht mit den Berechnungen überein, die zuvor gemacht wurden. Sie sei schon jetzt fast so hoch wie das Maximum, das eigentlich erst 2025 erreicht werden soll.

Stromme: „Wir wissen nicht, ob das bedeutet, dass es ein besonders starker Sonnenzyklus wird. Es könnte auch jetzt schon wieder schwächer werden und ein insgesamt sehr schwacher Sonnenzyklus werden. Aber derzeit steigt die Sonnenaktivität sehr schnell an.“

Sonnenwinde räumen mit Weltraumschrott auf

Immerhin scheint es auch einen positiven Effekt zu geben. Die dichtere Luft bremst nicht nur Satelliten, sondern auch Weltraumschrott aus. Der fällt dann schneller Richtung Erde und verglüht – im Orbit wird es sauberer.

Der Nachteil: Der Weltraumschrott sinkt schneller und in höherer Menge ab als normalerweise. Satelliten und Raumschiffe müssen häufiger ausweichen, was zusätzlich Treibstoff verbraucht.

Ein ungeschicktes Ausweichmanöver könnte weitere Satelliten zum Ausweichen veranlassen – bis irgendwann mal kein Ausweichen mehr möglich ist. Ein Crash könnte ein Trümmerfeld kreieren, das wiederum eine höhere Gefahr für andere Satelliten und die ISS darstellt. Im schlimmsten Fall kommt es zu einer Kettenreaktion, bei der immer mehr Satelliten im Trümmerfeld zerstört werden und das Trümmerfeld so immer größer wird.