Die Bedrohung im All durch Weltraummüll ist gross. Aktive Satelliten und Raumfahrzeuge können beschädigt oder zerstört werden. Fraunhofer-Forscher entwickeln ein Radar im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagement. Das neue, nationale Weltraumüberwachungssystem soll ab 2018 vor Gefahren im Orbit schützen.
Wissenschaftler schätzen, dass inzwischen etwa 20.000 Objekte mit einer Grösse von mehr als zehn Zentimetern und einem Tempo von durchschnittlich 25.000 Kilometern pro Stunde um die Erde rasen. Hinzu kommen 700.000 Objekte, die grösser als ein Zentimeter sind. Durch ihre enorme Geschwindigkeit können diese Trümmerteilchen aktive Satelliten beschädigen oder zerstören. Besonders fatal: Weltraummüll vermehrt sich wie durch einen Schneeballeffekt selber. Stossen zwei Partikel aufeinander, werden neue, kleinere Teilchen erzeugt. Ohne Gegenmassnahmen nimmt der Schrott rapide zu und könnte Raumfahrt unmöglich machen.
Das Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) konzipiert im Auftrag der Bundesregierung das deutsche Raumfahrtprogramm. Das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in Wachtberg wurde beauftragt, ein Radar zu entwickeln und zu bauen. Wegen der grossen Kollisionsgefahr sollen Objekte im erdnahen Weltraum, vor allem in einer Höhe von 800 Kilometern, überwacht und verfolgt werden. Gleichzeitig fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) das Projekt GESTRA, kurz für German Experimental Space Surveillance and Tracking Radar, über eine Laufzeit von vier Jahren mit 25 Millionen Euro.
Mit dem Projekt GESTRA sollen die Bahndaten von Satelliten und Trümmern in einer Höhe zwischen 300 und 3000 Kilometern erfassen werden, um mit experimentellen Radars unter anderem, vor Zusammenstössen zu warnen, aber auch bei Eintritt von Objekten in die Atmosphäre Alarm zu schlagen.
Mit TIRA (Tracking and Imaging Radar) wird ein Radarsystem betrieben, um Objekte im All aufzuspüren. TIRA ist ein mechanisch schwenkbares System, mit dem einzelne Objekte hochaufgelöst darstellen. Das neue Überwachungssystem wird hingegen eine elektronisch schwenkbare Antenne sein, die sich schnell schwenken lässt. Anders als TIRA kann sie sehr viele Objekte gleichzeitig und mit hoher Genauigkeit und Empfindlichkeit beobachten.
Ein Team von zwanzig Fraunhofer Forschern bauen sowohl das Sende- als auch das Empfangssystem. Dabei handelt es sich jeweils um eine Phased-Array-Antenne als Sensor, die aus zahlreichen Einzelelementen besteht. Sie arbeitet im Frequenzbereich von 1,3 GHz. Dank Hochleistungsprozessoren kann diese Gruppenantenne in Sekundenbruchteilen von Satelliten und Weltraumtrümmern reflektierte Radarstrahlen aus mehreren Himmelsrichtungen zeitgleich empfangen. Das Empfangssystem ist in der Lage, simultan in mehrere Richtungen zu sehen und ein sehr grosses Himmelsareal zu erfassen. Die Funktion der digitalen Keulenbildung ermöglicht es rechnergestützt, den Fokus, die Strahlenbündel gezielt auf ein einzelnes Objekt zu richten und dieses zu verfolgen. Sowohl die Sende- als auch die Empfangseinheit lassen sich vollständig einfahren. Der Vorteil: Auf diese Weise ist der 4x4x16 Kubikmeter grosse Container, der das Radar beherbergt, damit der Radar mobil transportiert werden kann.
Das von DLR und Luftwaffe in Uedem gemeinsam geführte Weltraumlagezentrumwird GESTRA, kann an einem anderen Standort aufgebaut werden, eingesetzt und ferngesteuert betreiben werden. Das Weltraumüberwachungssystem soll ab 2018 den Messbetrieb aufnehmen. Die Daten von GESTRA sollen Forschungseinrichtungen in Deutschland zur Verfügung gestellt werden und die Grundlage für die künftige Entwicklung der Weltraumüberwachung bilden.
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