Wie man Weltraumschrott mit einem Plasmastrahl in den Friedhofsorbit befördert
Die Verschmutzung des Weltraums durch Satellitentrümmer und anderen Weltraumschrott ist eine kritische Herausforderung für den nachhaltigen Betrieb von Satelliten sowie für Raketenstarts. Derzeit werden verschiedene Konzepte zur Beseitigung von Weltraumschrott erforscht, darunter kontaktbasierte und kontaktlose Methoden. Kontaktbasierte Lösungen sind aufgrund der unvorhersehbaren Bewegung von Weltraummüll besonders komplex. Diese Systeme können durch den im Betrieb unvermeidbaren direkten Kontakt mit Bruchstücken leicht beschädigt oder zerstört werden. Im Rahmen des EU-Projekts ALBATOR wird ein berührungsloser Ansatz untersucht. Das Konsortium aus fünf Partnern – der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU), der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, der Universidad Carlos III de Madrid (Spanien) und der Unternehmen NorthStar Earth & Space und OsmosX – will eine sogenannte Ionenstrahl-Shepherd-Methode etablieren.
Das Projekt ALBATOR (ecr-bAsed muLticharged ion Beam for Active debris removal and oTher remediatiOn stRategies) wird von der Europäischen Union im Rahmen des Programms HORIZON-EIC Pathfinder Challenge für 42 Monate mit insgesamt rund vier Millionen Euro gefördert. Davon entfallen auf die JLU rund 650.000 Euro. Mit dem European Innovation Council (EIC) Pathfinder sollen radikal neue Technologien identifiziert werden, die das Potenzial haben, neue Märkte zu schaffen. Dazu werden visionäre und risikoreiche Projekte in einem frühen Entwicklungsstadium gefördert.
Die Ionenstrahl-Shepherd-Methode beruht auf der Impulsübertragung durch einen Plasmastrahl aus hochenergetischen Teilchen, mit dem das Zielobjekt in einen „Friedhofsorbit“ oder eine Bahn gedrängt werden soll, in der es verglüht. Das Projekt ALBATOR konzentriert sich auf den Entwurf und die Entwicklung des entsprechenden Plasmastrahlsystems, das aus einer Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Plasmaquelle, der notwendigen Elektronik, Befehls- und Kontrollsystemen sowie Gasregulierungseinheiten besteht. Dabei soll das Plasmastrahlsystem optimiert und charakterisiert werden. Dazu erstellen die Forschenden Modelle zur Simulation der Plasmaentladung und der Wechselwirkung des Plasmastrahls mit Oberflächen. So können sie die makroskopische Impulsübertragung auf Satellitenbruchstücke untersuchen und maximieren.
Getestet wird das Ionenstrahlsystem in den Weltraumsimulationsanlagen am I. Physikalischen Institut der JLU. Dabei werden die Eigenschaften des Ionenstrahls mit verschiedenen Diagnostiksystemen unter Weltraumbedingungen ermittelt und mit der Modellierung abgeglichen. Darüber hinaus wird die Wechselwirkung des Ionenstrahls mit einschlägigen Satellitenmaterialien untersucht, um die Effizienz des Impulstransfers zu bewerten. Um die Vielseitigkeit des Systems unter Beweis zu stellen, werden auch unterschiedliche Treibstoffe eingesetzt.
„Die Ergebnisse dieser Tests bilden die Grundlage für die Simulation verschiedener Szenarien zum Abdrängen von Satellitenbruchstücken“, erläutert Prof. Dr. Peter Klar vom I. Physikalischen Institut, der das Projekt an der JLU leitet. „Das Projekt ALBATOR wird dazu beitragen, ein umfassendes Lösungsportfolio zur Beseitigung von Weltraumschrott zur Verfügung zu haben, so dass ein reibungsloser Satellitenbetrieb im Weltraum auch in Zukunft sichergestellt werden kann.“