Ein wesentlicher Bestandteil des ESA Programms für Weltraumsicherheit ist es, die Umlaufbahnen der Erde von Weltraumschrott zu befreien und sauber zu halten. Langfristig strebt ESA die Förderung einer effektiven Kreislaufwirtschaft im Weltraum an, um die Auswirkungen der Raumfahrt auf die Erde und ihre Ressourcen so gering wie möglich zu halten. Im Rahmen des Zero Debris-Ansatzes der ESA sollen neue ESA-Missionen für einen sicheren Betrieb und eine sichere Entsorgung konzipiert werden, um die Entstehung neuer Trümmer bis 2030 zu stoppen. 

ESA nur zu Beginn dabei

Die RISE-Mission der ESA soll die Fähigkeit demonstrieren, an einen geostationären Satelliten anzudocken, ihn zu manövrieren und dann wieder freizugeben. Nach der Überprüfung, ob der Prozess erfolgreich verlaufen ist, endet die Beteiligung der ESA, da der Satellit erwartungsgemäss insgesamt acht Jahre im Orbit verbleibt und aktive geostationäre Satelliten kommerziell warten kann. «Während der Entwicklungsphase arbeiten wir eng zusammen und nutzen unsere Erfahrung mit bahnbrechenden neuen Technologien und innovativen Ansätzen in der Raumfahrt. Nach Abschluss der Demonstration wird D-Orbit das Raumfahrzeug weiterhin für eigene kommerzielle Zwecke betreiben», sagt Holger Krag, Leiter der Abteilung Weltraumsicherheit bei ESA.

Auf dem Weg zu einer Vielzahl von In-Orbit Dienstleistungen

«Auf der Erde würden wir so etwas nie tun: Unser Auto zu betanken, es zu fahren, bis der Tank leer ist, und es dann irgendwo stehen lassen. Und doch funktioniert die Raumfahrt bisher so. Das ist nicht nur teuer, sondern auch eine der Hauptursachen für Weltraumschrott, was sich wiederum negativ auf die Kosten künftiger Weltraumerkundungen auswirkt», sagt Andrew Wolahan, RISE-Projektmanager bei ESA. «Jetzt sind wir in der Lage, uns von Einweg-Satelliten zu entfernen und stattdessen mit der Weiterentwicklung der Technologien zu beginnen, die Betriebsdauer der Satelliten zu verlängern und sie genau dort zu bedienen, wo sie sich befinden – nämlich in der Umlaufbahn um die Erde.» 

Betanken, montieren, rezyklieren

Für ESA Generaldirektor Josef Aschbacher ist die Wartung in der Umlaufbahn die logische Fortsetzung des nachhaltigen Raumfahrtkonzepts der ESA. «Die Verlängerung der Betriebsdauer von Satelliten ermöglicht es den Raumfahrtbetreibern, mehr Daten und Einnahmen aus bestehenden Weltraumanlagen zu generieren, was sowohl die Nachhaltigkeit als auch unsere Wettbewerbsfähigkeit im Weltraum erheblich verbessert.» In Zukunft werden nicht nur die Verlängerung der Lebensdauer, sondern auch Betankung, Montage, Überholung und das Recycling zu regelmässigen Tätigkeiten im Weltraum gehören. Die erforderlichen Technologien werden weltweit entwickelt und viele davon sind bereits ausgereift. 

Weltraum-Parkplatz

RISE soll 2028 starten und eine ereignisreiche achtjährige Mission in der geostationären Umlaufbahn einleiten. Zunächst wird der Satellit in eine Übergangsumlaufbahn in einer Höhe von fast 36’000 km über der regulären geostationären Umlaufbahn gebracht. Nach rigorosen Tests seiner Systeme und Proben im Orbit ist es an der Zeit, mit der Demonstrationsphase der Mission zu beginnen und nachzuweisen, dass der Satellit der Aufgabe gewachsen ist. RISE wird zum sogenannten geostationären Friedhof aufsteigen, der etwa 100 km höher liegt und auf dem Satelliten nach dem Ende ihrer Mission «geparkt» werden. Es würde viele tausend Jahre dauern, bis sich ihre Umlaufbahnen von Natur aus verschlechtern und tief genug kommen, um die aktiven Satelliten zu stören, so dass sie sicher entsorgt und aus dem Weg geräumt werden können.

Präzise manövrieren

Das Raumfahrzeug wird sich mit dem aktiven Client-Satelliten treffen und seine Geschwindigkeit und Flugbahn im Friedhofsorbit anpassen. Auch wenn die Betreiber des Client-Satelliten die Ankunft von RISE erwarten, ist ihr Satellit «unvorbereitet», da er ursprünglich nicht für das Andocken an einen anderen Satelliten ausgelegt wurde. Das Andocken geschieht, indem sich das Raumfahrzeug an dem Ring festhält, mit dem der Satellit ursprünglich an seiner Trägerrakete befestigt war. Sobald RISE den Satelliten fest im Griff hat, ändert er seine Fluglage und seine Umlaufbahn, um zu zeigen, dass er in der Lage ist, das Raumfahrzeug des Kunden präzise zu manövrieren.

Auswertungen abwarten

Nach dem Loslassen – ein ebenso heikler Teil des Prozesses wie das Andocken – wird sich RISE selbst in eine Parkbahn zwischen Friedhof und geostationärer Umlaufbahn begeben, um auf seine erste kommerzielle Aufgabe zu warten, sobald die Auswertungen abgeschlossen sind. Ein potenzieller erster Kunde könnte beispielsweise ein Telekommunikations-Satellit sein, dem der Treibstoff bald ausgeht, der aber mit ein wenig Wartung die Fähigkeit erhält, weiterhin seine Aufgabe zu erfüllen.

Grösse eines Minivans

Es braucht eine besondere Art von Satelliten, um die Kontrolle über einen anderen übernehmen zu können. Geostationäre Satelliten können so gross wie ein Schulbus sein und mehr als 6’000 Kilogramm wiegen. Sie müssen oft schwere Kommunikations-Nutzlasten tragen, die grosse Solar-Module benötigen, um sie mit Strom zu versorgen. Geostationäre Satelliten werden besonders robust gebaut, um der rauen Strahlungsumgebung der geostationären Umlaufbahn standzuhalten. RISE wird in etwa in die Grösse eines Minivans erreichen, wenn es in seiner Trägerrakete verstaut ist. Beim Start soll das Raumfahrzeug etwa 3000 kg wiegen, wovon etwa 800 kg Treibstoff ist.