Der Weltraum, wie sich herausstellt, wird immer weniger zu einer weiten, leeren Leere und mehr zu einem kosmischen Parkplatz während eines besonders chaotischen Black-Friday-Verkaufs. Die rasche Expansion menschlicher und robotischer Aktivitäten in niedrigen Erdumlaufbahnen (LEO) hat die Implementierung eines effektiven Weltraumverkehrsmanagements (STM) kritisch wichtig gemacht – eine dieser technischen und politischen Herausforderungen, mit denen die Führungskräfte des 21. Jahrhunderts prahlen können, sie gelöst zu haben, oder sie der vorherigen Regierung in die Schuhe schieben.

Massive Kommunikationskonstellationen, orbitale Rechenzentren, bemannte Raumstationen und eine ständig wachsende Wolke von Weltraumschrott haben die orbitale Überlastung zu einem echten Problem gemacht. Das Schlüsselkonzept hier ist die Suche nach einem „Gleichgewichtszustand“ für STM – eine dynamisch stabile orbitale Umgebung, in der Starts, Betriebslebensdauern, Schrottproduktion und Entsorgungsraten ausreichend ausbalanciert sind, um Kollisionswahrscheinlichkeiten und langfristige orbitale Verschlechterung zu minimieren. Mit anderen Worten, wir müssen aufhören, die Erdumlaufbahn wie eine Müllkippe mit Raketenantrieb zu behandeln.

Die Erdumlaufbahn ist eine endliche Umweltressource, die den Gesetzen der Orbitalmechanik unterliegt, die bekanntermaßen unerbittlich sind. Satelliten bewegen sich mit Geschwindigkeiten von über sieben Kilometern pro Sekunde, was bedeutet, dass selbst ein Farbspritzer katastrophale Zerstörung verursachen kann. Große Kommunikationskonstellationen für globales Breitband umfassen bereits Tausende von Satelliten in engen Höhenbändern. Vorgeschlagene orbitale Rechenzentren mit ihren großen Solarpaneelen und verlängerten Lebensdauern werden die Überlastung nur noch verstärken. Bemannte Raumstationen fügen eine völlig neue Risikoebene hinzu: Die menschliche Sicherheit wird direkt von der Aufrechterhaltung einer stabilen orbitalen Umgebung abhängig, was nicht großartig ist, wenn man bedenkt, wie viel Müll da oben bereits ist.

Stellen Sie sich die orbitale Umgebung als ein „Quellen-Senken“-System vor. Quellen umfassen Satellitenstarts, Fragmentierungsereignisse, Anti-Satelliten-Tests und versehentliche Kollisionen. Senken umfassen kontrollierte Deorbitation, orbitalen Zerfall und aktive Schrottbeseitigung. Gleichgewicht tritt ein, wenn die Rate des Hinzufügens gefährlicher Objekte der Rate ihrer Entfernung entspricht. Wenn die Schrottproduktion die Beseitigung übersteigt, verschlechtert sich die orbitale Instabilität zunehmend – wie die Wohnung eines Messies, aber mit mehr Explosionen.

Eine Hauptquelle der Schrottproduktion ist die große Anzahl aktiver und abgelaufener Satelliten in sonnensynchronen Umlaufbahnen (SSO). Seit über 60 Jahren sind diese Umlaufbahnen mit Erdbeobachtungs-, Aufklärungs- und Umweltüberwachungsraumschiffen gefüllt. SSOs sind attraktiv, weil sie es Satelliten ermöglichen, zu konsistenten lokalen Sonnenzeiten über die Erde zu fliegen und gleichmäßige Beleuchtung für die Bildgebung zu erzeugen. Infolgedessen sind Regierungs- und kommerzielle Raumfahrzeuge stark zwischen etwa 500 und 900 Kilometern konzentriert. Leider enthalten dieselben Regionen auch hohe Konzentrationen langlebigen Schrotts, da der atmosphärische Widerstand in diesen Höhen vernachlässigbar ist. Fehlgeschlagene und inaktive Satelliten werden wahrscheinlich jahrzehntelang im Orbit bleiben und als permanente Gefahren wirken – das orbitale Äquivalent von verlassenen Einkaufswagen in einem See.

Die Einführung großer orbitaler Infrastrukturen wie Rechenzentren in SSOs und andere Umlaufbahnen wird die Umgebung weiter destabilisieren, wenn sie nicht sorgfältig reguliert werden. Zukünftige STM-Systeme müssen Echtzeit-Orbitaldichte-Überwachung, autonome Kollisionsvermeidung, obligatorische Entsorgungsanforderungen nach der Mission und aktive Schrottbeseitigung umfassen. Das Konzept des Weltraumgleichgewichts ähnelt der Umweltkontrolle ökologischer Systeme: Ein Wald, Fluss oder Fischgrund kann nur so viel Aktivität unterstützen, bevor die Verschlechterung irreversibel wird. Orbitale Schalen enthalten endliches physisches Volumen, endliche Manövriermargen und endliche Kollisionsvermeidungskapazität. Wird das Limit überschritten, nehmen Konjunktionsereignisse zu, Kollisionswahrscheinlichkeiten steigen und die Schrottproduktion beschleunigt sich.

Es wird angenommen, dass bereits mehr als einhundert Millionen Schrottfragmente im Orbit existieren, von denen nur ein kleiner Teil groß genug ist, um kontinuierlich verfolgt zu werden. Selbst Millimet