Jedes Jahr verlassen Hunderte von Satelliten ihre Umlaufbahn. Die meisten werden ordnungsgemäß deorbitiert, aber einige fallen abrupt aus. Und selbst die wohlerzogenen können nach ihrer Außerdienststellung von selbst ins Taumeln geraten, dank der Ansammlung winziger Störungen wie dem Strahlungsdruck der Sonne – und werden schließlich für aktive Trümmerbeseitigungsmissionen (ADR) unmöglich zu fangen. Bei über 36.500 verfolgten Trümmerobjekten im Orbit ist das Risiko kaskadierender Kollisionen real. Die ESA warnt, dass ohne ADR-Lösungen einige niedrige Erdumlaufbahnen unbrauchbar werden. Die Gewährleistung, dass alle toten Satelliten ordnungsgemäß enttaumelt werden, wäre also ein wesentliches Element, um ADR wirtschaftlich machbar zu machen.

Hier kommt der Detumbler aus der Airbus-F&E: ein passives magnetisches Dämpfungsgerät, das taumelnde Satelliten stabilisiert, bevor sie unkontrollierbar werden. Wie eine Induktionsbremse wirkt es, indem es kinetische Energie durch das Erdmagnetfeld ableitet und das Taumeln in wenigen Monaten stoppt. Zum ersten Mal haben Betreiber eine zuverlässige, kostengünstige, vollständig passive Lösung, um das Taumeln nach der Mission zu verhindern – denn nichts sagt „nachhaltiger Weltraum“ wie ein Gadget, das funktioniert, wenn der Strom weg ist.

Ohne Strom und damit ohne Aktuatoren sind die einzigen Phänomene, die die Taumelraten in einem toten Raumfahrzeug begrenzen können, die natürlichen Wirbelströme, die das Erdmagnetfeld in der rotierenden metallischen Struktur des Satelliten erzeugt. Das Kurzschließen der Magnetspulen am Lebensende könnte diesen natürlichen Effekt verstärken. Leider ist das resultierende Widerstandsdrehmoment proportional zum Quadrat des schwachen Magnetfelds (das induzierte Dipolmoment M ist proportional zu B, und das resultierende magnetische Drehmoment ist MxB), was solche Effekte extrem schwach macht – zu schwach, um spontanes Taumeln bei jeglicher Asymmetrie der äußeren Störungen zu verhindern. Ein Beispiel: 2017, 12 Jahre nach der Außerdienststellung, hatte Topex-Poseidon eine Spinrate von 34 Grad/s erreicht (40.000 Nms akkumulierter Drehimpuls). Das ist eine Menge Nms für einen Satelliten, der eigentlich tot sein soll.

Trotz seiner sehr bescheidenen Masse und seines Volumens kann der Detumbler Effizienzen erreichen, die um viele Größenordnungen höher sind, indem er Permanentmagnete verwendet, sodass das Bremsdrehmoment proportional zu B ist, nicht zu B². Ja, Physik: Es kommt alles auf den Exponenten an.

Das Weltraumsicherheitsprogramm der ESA verlangt Enttaumelungsfähigkeiten für LEO-Missionen >500 kg (1100 lbs), mit Zielen für die Enttaumelungsleistung von 3°/s auf 0,75°/s in weniger als einem Jahr. Der Detumbler von Airbus ist eine führende Lösung, um die Anforderungen der ESA zu erfüllen und somit die aktive Trümmerbeseitigung zu ermöglichen.

Der magnetisierte Rotor im Inneren des Detumblers neigt dazu, mit dem Erdmagnetfeld ausgerichtet zu bleiben. Während der Satellit taumelt, rotiert das leitfähige Gehäuse des Detumblers um den magnetisierten Rotor und verursacht so magnetische Bremsung durch Wirbelströme. Dies dissipiert langsam aber stetig die kinetische Energie des Satelliten, reduziert den Drehimpuls exponentiell und erreicht schließlich einen enttaumelten stationären Zustand mit sehr niedrigen Restraten. Dies wird ohne jegliche elektrische oder Rechenleistung erreicht, im Gegensatz zu allen anderen Lageregelungsaktuatoren. Es ist im Grunde ein Magnet in einer Box, und es funktioniert.

Mit einem Gewicht von etwa 200 g (0,440 lbs) kann das handtellergroße Gerät fast überall (nur nicht zu nahe am Magnetometer) in bestehende Plattformdesigns integriert werden, mit wenig bis keinen Änderungen, was es zu einer einfachen Entscheidung für zukünftige LEO-Weltraummissionen macht.

Der Detumbler ist nicht mehr in der F&E; er ist TRL 8 und bereits kommerziell über das Airbus Space Electronics Produktportfolio erhältlich. Hauptvorteile: 100 % passiv (keine Stromversorgung oder Lageregelungsaktuatoren erforderlich; funktioniert auch nach Missionsende); kompatibel mit einer großen Bandbreite von Plattformgrößen (von ~150 kg (330 lbs) bis ~1,5 Tonnen (3300 lbs)); Enttaumelung innerhalb von Wochen für die kleineren Plattformen, innerhalb eines Jahres für das obere Ende des Größenbereichs; verhindert Taumeln trotz durchschnittlicher äußerer Störungen bis zu 5 µNm; getestet unter Startvibrationen und Orbitalbedingungen; und ein wettbewerbsfähiges Wertversprechen. Das ist eine Menge c