Interview: Die Clean Space Initiative der ESA will die Raumfahrt nachhaltiger gestalten

Die Erde ist mittlerweile umgeben von Weltraummüll.

Raumfahrtmissionen müssen vieles sein, vor allem aber sicher, erfolgreich und kosteneffizient. Wie sieht es jedoch mit dem Umweltschutz aus? Mit dem Eintritt in eine neue Ära der Raumfahrt ergreift die ESA Maßnahmen, um Nachhaltigkeit in jede Phase zukünftiger Raumfahrtmissionen zu integrieren - und hofft, dass andere Organisationen dem Beispiel folgen werden.

Autor Marisa Pettit:

Übersetzung Marisa Pettit, 15.03.21

Satelliten liefern uns entscheidende Informationen über den Zustand unseres Planeten. Die Daten können uns helfen, Klimaveränderungen vorherzusagen, nachhaltige Fischereipraktiken sicherzustellen, den Umweltschutz zu verbessern und unsere steigenden Meeresspiegel zu überwachen. Aber gleichzeitig haben die Weltraummissionen selbst, in jeder Phase ihrer Planung und Ausführung, auch negative ökologische Auswirkungen auf unseren Planeten. Die Hinterlassenschaften im Orbit – der Weltraummüll – sind eine zusätzliche Herausforderung.

Während immer mehr Richtlinien und Gesetze in Kraft treten, um die Umwelt auf der Erde zu schützen, hat die ESA nun begonnen, die Auswirkungen ihrer eigenen Aktivitäten auf die Erde und den Weltraum zu erforschen und zu reduzieren. Im Rahmen der 2012 gegründeten Clean Space Initiative experimentiert die ESA mit der Entwicklung und Einführung neuer Ansätze und sauberer Alternativen, die zur Messung – und Reduzierung – der Umweltauswirkungen von Weltraummissionen verwendet werden können.

© ESA Luisa Innocenti has been the head of the Clean Space initiative since its inception in 2012

Wir sprachen mit Luisa Innocenti, die das Clean Space Office seit dessen Gründung leitet, über die Herausforderungen und Möglichkeiten nachhaltiger Aspekte in der Raumfahrt, über verschiedene Werkzeuge und Technologien, die helfen, Weltraummissionen umweltfreundlicher zu gestalten, und die auffallende Ähnlichkeit zwischen Clean Space Tech und dem Klimawandel.

Frau Innocenti, womit beschäftigt sich die Clean Space Initiative?

Wenn wir über die Umwelt und Emissionen durch die Raumfahrt sprechen, gibt es zwei verschiedene Zonen: Es gibt die Erde bis zum oberen Rand der Atmosphäre und dann gibt es den Weltraum, oberhalb der Atmosphäre. Aus diesem Grund unterteilen wir unsere Clean Space-Bemühungen in drei verschiedene Themen.

Das erste ist das „Ecodesign“ für Satelliten und Raketen und umfasst die Entwicklung von ungiftigen Technologien. Um die Umweltauswirkungen bis in die obere Atmosphäre zu verringern, verwenden wir ein Werkzeug, das sich ‚Life-Cycle-Assessment‘, oder LCA, nennt. Damit nehmen wir eine gründliche Bewertung der Umweltauswirkungen aller Phasen einer Mission vor. Dieses Werkzeug wird auch in anderen Bereichen eingesetzt, nicht nur in der Raumfahrt.

Als wir versuchten, LCA zu verwenden, um die Umweltauswirkungen eines Satelliten zu bewerten, stellten wir fest, dass die Raumfahrt hochspezialisiert ist. Zum Beispiel verwenden wir bei Satelliten und Raketen seltsame, exotische Materialien auf eine seltsame Art und Weise. Und welche Auswirkungen hat es auf die Umwelt, wenn ein Satellit vor seinem Flug getestet wird? Diese Art von grundlegenden Informationen sind weder bekannt noch allgemein verfügbar. Wir mussten zurückgehen und anfangen, diese Informationen zu recherchieren, und wir sind immer noch nur einen Teil des Weges durch diesen Prozess gegangen.

Das zweite Thema für Clean Space ist das „Management des End of Life“. Genauso, wie wir den Boden hier auf der Erde verschmutzt haben, haben wir auch die Umlaufbahnen um die Erde verschmutzt. Wie ist das passiert? Aus verschiedenen Gründen, die meisten davon ähneln den Gründen, warum wir das Land und die Meere der Erde verschmutzt haben. Wir dachten, dass die Ozeane unendlich sind. Wir haben Dinge weggeworfen, und weil sie nur klein sind, dachten wir, es würde keine Auswirkungen haben. Nur haben wir das immer wieder getan und jetzt füllen sich unsere Ozeane mit Plastik. Niemand dachte, dass dies passieren würde. Im Weltraum haben wir genau dasselbe mit unseren ausgedienten Satelliten gemacht. Wir haben hier auf der Erde nicht über ein „End-of-Life-Management“ für Kunststoffe nachgedacht, und beginnend in den 1960er Jahren mit den ersten Raumflügen haben wir das auch bei Satelliten nicht getan.

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Außerdem ist es sehr schwierig und kostspielig, in den Weltraum zu gelangen. Daher waren alle Raumfahrtnationen und ihre nationalen Organisationen von Anfang an sehr darauf bedacht, sicher und effektiv dorthin zu gelangen, und niemand dachte darüber nach, was wir danach tun würden – und wir ließen Dinge zurück – Satelliten, Raketenkörper, ausrangierte Teile wie Abdeckungen für optische Instrumente. Jetzt gibt es ein Bewusstsein für dieses Thema, es gibt Richtlinien, die sagen, was man nicht tun sollte. Für die Betreiber von Raumfahrzeugen bedeutet all dies jedoch Kosten, denn manchmal muss man, um das Ende der Lebensdauer eines Satelliten besser in den Griff zu bekommen, den Treibstofftank umgestalten, um mehr Treibstoff an Bord zu haben, oder ein „Passivierungsventil“ hinzufügen. All dies erhöht die Kosten für ein Raumfahrzeug (Ein Passivierungsventil wird am Ende einer Mission aktiviert, um den gesamten verbleibenden Treibstoff abzulassen und das Risiko einer Explosion des Raumfahrzeugs zu verringern, Anmerkung der Redaktion).

Und nicht nur das. Wenn man in den Weltraum fliegt, ist es nicht so, dass die Ingenieure einfach sagen: „Okay, baut einfach dieses neue Widget an Bord ein.“ Nein! Die Konstrukteure und Ingenieure müssen sich vergewissern: „Wird es im Weltraum zuverlässig funktionieren?“ Neue Technologien müssen alle vor dem Flug am Boden qualifiziert werden, und das ist ein kostspieliger, jahrelanger Prozess. Das ist definitiv eine Rolle, die eine öffentliche Einrichtung wie die ESA haben sollte – die Zusammenarbeit mit der europäischen Industrie, um diese grundlegenden Technologien zu entwickeln und zu qualifizieren, die dazu beitragen, die Missionen sauberer zu machen.

Das dritte Thema, mit dem wir uns befassen, nennt sich „In-Orbit-Servicing“ und bezieht sich auf ein großes Portfolio an neuen Technologien, die eingesetzt werden können, um die Lebensdauer von Satelliten im Weltraum zu verlängern, wie zum Beispiel das Betanken, das Ersetzen defekter Komponenten, das „Schleppen“ auf neue und nützlichere Umlaufbahnen. Wenn wir mehr Lebenszeit aus einer Mission herausholen können, dann müssen wir nicht so bald einen Ersatz starten. Diese Technologien lassen sich zum Beispiel auch auf die Herausforderung anwenden, ein kontrolliertes De-Orbit-Manöver durchzuführen.

Das Management des End of Life ist für mich jedoch noch wichtiger als die aktive Trümmerbeseitigung.

Wurde die Clean Space Initiative von der ESA entwickelt? Oder war es eine Art Richtlinie der EU?

Es war wirklich die ESA, die darüber nachgedacht hat. Die einzigen Richtlinien, die damals existierten, war die ISO-Norm der International Organization for Standardization die besagte, dass man am Ende der Lebensdauer den Satelliten innerhalb von 25 Jahren aus den geschützten Umlaufbahnen entfernen muss.

Als wir die Initiative vorschlugen, sagten wir, dass wir eine öffentliche wissenschaftliche Agentur sind und es unsere Pflicht und unser moralischer Auftrag ist, die Umwelt zu schützen. Wenn es um die Beseitigung von Weltraummüll geht, gibt es immer noch eine Menge Diskussionen darüber, warum wir das überhaupt tun sollten. Es ist kostspielig und schwierig. Aber wenn wir mit gutem Beispiel vorangehen, wenn wir beweisen können, dass es machbar ist, dann nehmen wir zumindest den Teil weg, bei dem die Leute sagen: „Es ist nicht machbar.“ Ich weiß nicht, ob wir es schaffen werden oder nicht, es ist eine sehr schwierige Mission. Aber bevor die Menschen zum Mond flogen, war es auch unmöglich – und wir haben es geschafft. In Wirklichkeit ist also nichts unmöglich. Es kommt einfach darauf an, wie viel Geld wir investieren wollen.

Ein Aspekt, den Sie erwähnt haben, ist die Lebenszyklusanalyse. Wie können Satelliten während ihres gesamten Lebenszyklus nachhaltiger gestaltet werden?

Das erste, was man verstehen muss, ist, dass es so genannte „Hotspots“ gibt – einen Punkt in einem Prozess oder einer Technologie, der die Umwelt mehr belastet als andere. Es mag überraschend klingen, aber einer der größten Hotspots, den wir bei der Betrachtung des gesamten Raumfahrtprozesses gefunden haben, war die Energie, die für die Reinräume verbraucht wird (Reinräume sind die extrem staub- und schadstofffreien Einrichtungen, in denen Satelliten und Raketen gebaut und getestet werden, Anmerkung der Redaktion).

Außerdem braucht man für den Bau von Satelliten Arbeitsräume, die in Bezug auf die Temperatur sehr kontrolliert sind, aber das Heizen und Kühlen der Luft ist etwas, das viel Energie verbraucht. Man hat also zwei Möglichkeiten: Die eine ist, grüne Energie für die Klimatisierung und das Filtern und Reinigen der Luft zu verwenden, oder, zweitens, können wir überlegen: „Brauchen wir diese Reinräume überhaupt?“ Können wir einen innovativen neuen Weg finden, um Raumfahrzeuge zu bauen?

Dann gibt es noch andere Beispiele. Im Weltraum müssen die Oberflächen zum Beispiel sehr sauber sein. Es gab eine Lösung, eine Chemikalie, die wir zum Reinigen von Stahl verwendeten, von der wir herausfanden, dass sie eigentlich eine Verunreinigung darstellt. Also haben wir untersucht, ob wir stattdessen Zitronensäure verwenden können, die im Grunde genommen harmlos ist. Wir mussten prüfen, ob mit Zitronensäure behandelte Oberflächen im Laufe der Zeit noch in Ordnung waren – ob sie noch die Eigenschaften hatten, die wir brauchten. Denn erstens, wenn ich heute einen Satelliten oder eine optische Oberfläche reinigen, können von der Reinigung bis zum Start sechs Monate bis ein Jahr vergehen. Zweitens wird er nach dem Start zehn Jahre lang im Weltraum sein, also muss ich sicher sein, dass die gereinigte Oberfläche auch auf lange Sicht gut funktioniert.

Eine Ökobilanz umfasst also die Betrachtung vieler kleiner Maßnahmen. Es gibt nicht eine einzige offensichtliche Sache, es sind viele kleine Details.

Es ist interessant, was Sie darüber gesagt haben, dass es viele Leute gibt, die es vorziehen, Dinge auf traditionellem Weg zu tun, weil dies funktioniert und man dann nicht die Forschung betreiben muss, die Innovation erfordert. Ist das ein Problem, das Sie oft sehen?

Es ist ein Problem der Raumfahrt und ihrer enormen Kosten. Der Raumfahrtsektor wird als extrem innovativ angesehen, aber eigentlich ist er nur langsam innovativ. Es dauert sehr lange, bis eine Technologie für den Start qualifiziert ist. Als ich vor 30 Jahren zur ESA kam, sprach man gerade über elektrische Antriebe. Es hat 20 Jahre gedauert, bis wir den ersten Satelliten mit elektrischem Antrieb hatten. Niemand will eine Millionen-Euro-Mission für eine Technologie riskieren, die noch nicht erprobt ist – die Kosten für einen Weltraumflug sind so hoch, dass man sich einen Fehlschlag nicht leisten kann. Also, ja, der Raumfahrtbereich ist innovativ, aber es ist eine langsame Innovation.

Wenn Sie über nachhaltigere Praktiken oder Materialien sprechen, die in Satelliten verwendet werden könnten: Was sind Ihrer Meinung nach die Haupthindernisse dafür, dass sie zur Norm werden?

Man muss das notwendige „technology readiness level“ (TRL) erreicht haben, damit etwas an Bord genommen werden kann – und um den richtigen TRL zu erreichen, muss man investieren, weil man testen muss, wie es im Weltraum reagiert und funktioniert.

Geld ist also eine Sache, aber es ist nicht nur Geld. Es ist auch eine Frage der Ausrichtung der Gesellschaft. Tatsache ist, dass heute sehr viel Geld investiert wird, um den Zugang zum Weltraum billiger zu machen, aber nicht unbedingt, um die Raumfahrt sauberer zu machen. Wir können aber beides tun und die Raumfahrt für uns alle sauberer gestalten.

Dieser Artikel ist eine Übersetzug von Sarah-Indra Jungblut ud erschien im Original zuerst auf unserer englischsprachigen Seite.

Der Artikel ist Teil des Dosssiers „Satelliten und Drohnen – Wertvolle Helfer für eine nachhaltige Entwicklung“. Alle Artikel des Dossiers findest du hier: Dossier Satelliten und Drohnen

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Das Dossier ist Teil der Projekt-Förderung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), in deren Rahmen wir vier Dossiers über zwei Jahre zum Thema „Chancen und Potenziale der Digitalisierung für eine nachhaltige Entwicklung“ erstellen.


Mehr Informationen hier.

 

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