SMC-S-015 Entsorgung von Satelliten in geostationärer Höhe am Ende ihrer Lebensdauer

Der vom Space and Missile Systems Center (SMC) des U.S. Air Force Space Command veröffentlichte Standard „SMC-S-015 Geostationary Altitude Satellite End-of-Life Destruction“ beschreibt die Anforderungen für die Zerstörung eines Satelliten in der Erdumlaufbahn, der das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat.

Die Entsorgung eines Satelliten aus der Erdumlaufbahn am Ende seiner Nutzungsdauer bedeutet:

• Ziel ist es, den Satelliten aus dem Weltraumbereich zu entfernen, in dem andere Satelliten operieren, und zwar auf eine Weise, die andere Weltraumnutzer in Zukunft nicht stört.
• Es muss sichergestellt werden, dass das entsorgte Objekt in einem inerten Zustand verbleibt und kein intern erzeugtes explosives Ereignis verursacht, das Trümmer hinterlassen und in Betrieb befindliche Satelliten gefährden könnte.

Für Satelliten, die im geosynchronen Gürtel betrieben werden, besteht die wirksamste Entsorgungsmethode darin, den Satelliten in eine supersynchrone Umlaufbahn über dem Bereich des betriebenen Raumfahrzeugs und dem Manövrierkorridor zu bringen, der zum Verschieben betriebener Satelliten auf neue Längshalterungen verwendet wird. Anschließend werden die Batterien entladen, die Triebwerke entlüftet und andere Maßnahmen ergriffen, um die Möglichkeit eines Ereignisses, das Trümmer erzeugt, auszuschließen.

Diese Norm deckt die folgenden Anforderungen ab:

• Planung der Entsorgung von Satelliten, die in geostationärer Höhe betrieben werden, und angemessene Charakterisierung der endgültigen Entsorgung, um sicherzustellen, dass ausreichend Treibstoff für das Manövrieren übrig bleibt.
• Auswahl von Endlagerumlaufbahnen, in denen der Satellit in absehbarer Zeit nicht wieder in die Betriebsregion eintritt.
• Erfolgreiche Durchführung des Entsorgungsmanövers
• Erschöpfung aller Energieressourcen des Fahrzeugs vor Erreichen seiner Lebensdauer, um die Möglichkeit eines Unfalls zu minimieren

Es werden Techniken zur Planung und Durchführung der Entsorgung von Weltraumhardware bereitgestellt, die den aktuellen international anerkannten Richtlinien entsprechen und die aktuellen bewährten Betriebspraktiken berücksichtigen. Diese Überarbeitung berücksichtigt die Ergebnisse jüngster technischer Studien des Interagency Space Debris Coordination Committee, um die anfängliche Exzentrizität der Entsorgungsbahn zu begrenzen und sicherzustellen, dass der entsorgte Satellit mindestens 100 Jahre lang nicht wieder in die Betriebs- und Manövrierzone der Satelliten eintritt.

Das Lebensende ist der Zeitpunkt, an dem ein Satellit dauerhaft abgeschaltet wird oder eine Bodenkontrolle des Satelliten nicht mehr möglich ist.

Das Missionsende bezieht sich auf den Zeitpunkt im Leben eines Satelliten, an dem:

• Der Punkt, an dem das Gerät seine Hauptaufgaben nicht mehr erfüllen kann und nicht mehr in der angegebenen Betriebshöhe betrieben werden muss.
• Der Punkt, an dem der verbleibende Treibstoff, die Lageregelung oder andere Funktionen, die für die Durchführung eines erfolgreichen Tötungsmanövers entscheidend sind, ein Niveau oder eine Fähigkeit erreichen, bei der weitere Verzögerungen die Durchführung des Tötungsmanövers unwahrscheinlich machen.

Die geosynchrone Zone kann als kreisförmiger Ring um die Erde in der Ebene des Erdäquators definiert werden. Die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit eines Weltraumobjekts, das sich entlang des Rings bewegt, entspricht der Rotationsgeschwindigkeit der Erde oder kommt dieser sehr nahe, was bedeutet, dass der Satellit scheinbar über einem festen Standort auf der Erde positioniert ist.

Im Hinblick auf die Planung von Entsorgungsmanövern als Teil der Hauptanforderungen muss ein Entsorgungsplan für das Missionsende entwickelt, gepflegt und während aller Phasen der Mission sowie des Entwurfs und Betriebs des Raumfahrzeugs aktualisiert werden. Dieser Standard sollte Folgendes umfassen:

• Details zur nominalen Missionsumlaufbahn
• Details zum angestrebten Entsorgungsverlauf
• Schätzungen des für die Entsorgung benötigten Brennstoffs
• Identifizierung der Systeme und Fähigkeiten, die für eine erfolgreiche Entsorgung erforderlich sind
• Kriterien, deren Erfüllung die Einleitung einer Entsorgung erforderlich macht
• Identifizierung von Energieressourcen, die vor Erreichen des Endes ihrer Lebensdauer verbraucht werden müssen
• Ein Zeitplan für die Einleitung und Durchführung des Entsorgungsprozesses
• Ein Zeitplan für die Erschöpfung der verbleibenden Energieressourcen
• Liste der Personen oder Organisationen, die über das Ende der Dienstzeit und die Entsorgung zu benachrichtigen sind, sowie ein Zeitplan für die Benachrichtigung

Das Weltraumsystem sollte so konzipiert sein, dass die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Entsorgung am Ende der Mission, einschließlich der Erschöpfung der Energieressourcen, über 0,90 liegt. Einzelheiten des der Wahrscheinlichkeitsschätzung zugrunde liegenden Entwurfs sollten in den Entsorgungsplan für das Missionsende aufgenommen werden.

Es sollten spezielle Kriterien für die Einleitung von Entsorgungsmaßnahmen entwickelt, in den Entsorgungsplan für das Missionsende integriert und während der gesamten Missionsdauer überwacht werden. Auf diesen Kriterien basierende Projektionen der Missionslebensdauer sollten während der gesamten Mission regelmäßig als Teil der Überprüfung des Missionsstatus durchgeführt werden. Der Status dieser Kriterien sollte in regelmäßigen (mindestens jährlichen) Missionsüberprüfungen dargestellt werden.

Unabhängig vom Erfolg oder Misserfolg anderer Aspekte der Abfallbeseitigungsaktion muss ein Notfallplan entwickelt werden, um alle Energieressourcen auszuschöpfen und das Raumfahrzeug vor seinem endgültigen Untergang zu sichern. Ziel ist es sicherzustellen, dass die notwendigen Maßnahmen zur Sicherung des Fahrzeugs ergriffen werden, bevor kritische Systeme verloren gehen. Der Notfallplan sollte Kriterien enthalten, die festlegen, wann Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden sollten, eine Begründung für jedes Kriterium und einen Zeitplan für Sicherheitsmaßnahmen. Der Notfallplan sollte in den Entsorgungsplan für das Missionsende aufgenommen werden.

Die Planungsaktivitäten für die Entsorgung am Missionsende sollten bereits bei der Missionsplanung beginnen. Die Planung der eigentlichen Entsorgungsmaßnahme sollte mindestens sechs Monate vor dem Termin der Reorbitalmanöver beginnen. Die folgenden Schritte werden während aller Missionsphasen befolgt und sollten im Entsorgungsplan am Ende der Mission dokumentiert werden:

• Entwicklung einer genauen Schätzung der Kraftstoffreserven im Antriebssystem
• Berechnung des anfänglichen Perigäumsinkrements (Perigäum ist der Punkt in der Umlaufbahn eines Satelliten, der dem Erdmittelpunkt am nächsten ist)
• Entwicklung grundlegender Manövrieranforderungen für eine stabile Entsorgungsflugbahn
• Validierung der Eigenschaften der langfristigen (100-jährigen) Entsorgungskurve
• Festlegen der Manöverreihenfolge
• Entwicklung eines Fahrzeugsicherheitsplans
• Entwicklung eines Notfallplans

Unsere Organisation, die seit Jahren versucht, Unternehmen aus allen Branchen mit einer breiten Palette von Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien zu unterstützen, verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen in der Welt der Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. In diesem Zusammenhang werden für Unternehmen auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „SMC-S-015 End-of-life destruction of satellites at geosynchronous altitude“ angeboten.