Es gibt zu viel Müll im erdnahen Weltraum. Den Nutzlasten wie Satelliten, Raumfahrzeugen und Teleskopen stehen etwa 8000 Tonnen Weltraumschrott gegenüber. Dieser kreist unkontrolliert über unsere Köpfe hinweg und kann immensen Schaden anrichten. Die Trümmer tummeln sich in variierender Zahl und Größe auf verschiedenen Erdumlaufbahnen. Der Großteil (etwa 75%) befindet sich aber auf niedrigen Orbits zwischen 200 und 2000 km, im sogenannten „low earth orbit“ (LEO). Genau in diesen Bahnhöhen finden die meisten bemannten Raumflüge statt, da die Umlaufbahnen mit vergleichsweise geringem Energieaufwand erreicht werden können. Beispielweise zieht die Internationale Raumstation ISS im LEO ihre Bahnen. Eine Kollision mit Schrottteilen ist bei dieser „Verkehrslage“ vorprogrammiert.

Um Kollisionen so weit wie möglich zu vermeiden, werden verlässliche Daten zur Weltraumlage benötigt. Das Fraunhofer FHR bietet dazu mit den Systemen TIRA (Tracking and Imaging Radar) und GESTRA (German Experimental Space Surveillance and Tracking Radar) zwei sich ergänzende Möglichkeiten zur Weltraumbeobachtung und Detektion von Weltraumschrot und erläutert am Stand bei „Highlights der Physik“ Modelle der beiden Systeme. „Als Forschungseinrichtung am Standort Wachtberg freuen wir uns, dass die „Highlights der Physik“ in diesem Jahr in Bonn Station machen. Dieses Wissenschaftsfestival bietet eine tolle Gelegenheit, einem breiten Publikum zu zeigen, wie spannend unsere Arbeiten sind und welche konkrete Bedeutung das Thema Physik für unser Leben hat“, so Prof. Dr. Peter Knott, Institutsleiter des Fraunhofer FHR.

TIRA - Einmalig in Europa

Das Weltraumüberwachungsradar TIRA wird vom Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) am Standort Wachtberg bei Bonn betrieben. Mit TIRA besitzt Deutschland eines der weltweit größten und leistungsstärksten Radare zur Weltraumbeobachtung. Mit diesem System können anhand von Radarabbildungen unter anderem nach erfolgtem Zusammenstoß Schadensanalysen durchgeführt werden oder auch die Funktionsweisen von Bremssegeln bei De-Orbiting Systemen geprüft werden. Weiterhin kann auch die Modellierung des Weltraummülls mit realen Daten unterstützt werden, welche z.B. durch Beobachtung von Himmelsausschnitten über einen längeren Zeitraum (Beam Park) gewonnen werden.

Schnelle Überwachung dank GESTRA

Ergänzend zu TIRA wurde das Fraunhofer FHR beauftragt, bis Ende 2019 ein innovatives leistungsstarkes Radar zu entwickeln und zu bauen. GESTRA kann große Himmelsbereiche in kurzer Zeit überwachen und ist für die schnelle Bestimmung der Weltraumlage bestens geeignet. Für diese Art der Beobachtung und Katalogisierung von Weltraumschrott ist nur ein besonderer Radartyp geeignet, sogenannte „Phased-Arrays“. Die einzelnen Antennenelemente werden dabei elektronisch angesteuert. GESTRA besteht aus einem Sende- und Empfangssystem in zwei Containern mit 18 m Länge, 4 m Breite und 4 m Höhe. Um flexibel einsetzbar zu sein, ist GESTRA mobil aufgebaut und kann per Land- oder Schiffverfrachtung überall hin transportiert werden. Zukünftig kann GESTRA in Netzwerken auf der ganzen Welt eingesetzt werden