Neues Rating für Nachhaltigkeit der Raumfahrt

Im vergangenen Jahr wurde der Start des mit Spannung erwarteten James-Webb-Teleskops (JWST) vom 23. auf den 25. Dezember verschoben, weil die Gefahr einer Kollision mit einem Stück Weltraumschrott bestand, wie das Direktorat für Trägerraketen der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) mitteilte. Die Tatsache, dass Weltraummüll den Start eines milliardenschweren Teleskops verzögern konnte, zeigt, wie gross das Problem der Verbreitung von Weltraummüll geworden ist.

Das schnelle Wachstum der Raumfahrtindustrie bringt uns allen auf der Erde viele Vorteile. Aber jahrzehntelange, nicht nachhaltige Praktiken haben zu überfüllten Umlaufbahnen und einer beschleunigten Verbreitung von Weltraummüll geführt, die eine grosse Gefahr für Satelliten, Weltraumforschung und andere wissenschaftliche Missionen darstellen. Und das Problem wird immer grösser. Gegenwärtig umkreisen über eine Million Objekte, die grösser als 1 cm sind, die Erde, und für das nächste Jahrzehnt ist der Start von mehr als 60 000 Satelliten geplant, was die Kapazität der Erdumlaufbahn zur sicheren Aufnahme neuer Weltraumobjekte gefährdet.

Es ist daher von grösster Bedeutung, dass die Raumfahrtakteure möglichst nachhaltige Missionen für die langfristige Nutzung des Weltraums planen. Um diesen Raumfahrtakteuren Anreize zu bieten, hat ein Konsortium aus dem Weltwirtschaftsforum (WEF), der ESA, dem Massachusetts Institute of Technology (MIT), BryceTech und der University of Texas in Austin das Space Sustainability Rating (SSR) entwickelt, das eSpace 2021 ausrichten soll.

Das SSR ist ein freiwilliges Bewertungssystem, das Raumfahrtakteuren ein einfaches und wirkungsvolles Instrument an die Hand gibt, um Nachhaltigkeitsdesign und -massnahmen umfassend zu messen, indem es die verschiedenen Elemente von Missionen erfasst und eine Reihe anerkannter und getesteter Metriken verwendet.

«Bis heute gibt es keine gemeinsame Definition, was nachhaltiges Verhalten im Weltraum weltweit bedeutet, und die Quantifizierung, Bewertung und Überprüfung internationaler Richtlinien für die Nachhaltigkeit im Weltraum bleibt eine Herausforderung», sagt Minoo Rathnasabapathy, Forschungsingenieurin der Space Enabled Research Group am MIT und SSR-Botschafterin: «Der SSR hilft, diese Lücke zu schliessen, indem er ein originelles und praxisnahes Rahmenwerk für Weltraumbetreiber bietet, um das Nachhaltigkeitsniveau ihrer Missionen zu bewerten.»

Durch die Beteiligung am SSR können Satelliten- und Raumfahrzeughersteller transparente und datengestützte Bewertungen des Nachhaltigkeitsniveaus von Weltraummissionen erhalten, die ein klares Bild davon vermitteln, wo ihre Missionen und ihr Betrieb in Bezug auf die Nachhaltigkeit stehen, Bereiche identifizieren, in denen Verbesserungen möglich sind, und die Ergebnisse der Bewertung öffentlich bekannt machen.

«Nikolai Khlystov vom Weltwirtschaftsforum sagte über den SSR im Jahr 2021: «Wenn wir die Akteure der Raumfahrt im Hinblick auf die Nachhaltigkeit miteinander konkurrieren lassen, schaffen wir Anreize für ein besseres Verhalten und einen Wettlauf an die Spitze.

An der sechsjährigen Entwicklung des SSR war eine Reihe von Betreibern beteiligt, darunter SpaceX, Planet, das EPFL Spacecraft Team, OneWeb, Axelspace und Airbus in der Beta-Testphase, um die Genauigkeit und Praktikabilität des Tools aus der Sicht der Nutzer zu gewährleisten.

Der Start auf dem Space Sustainability Summit, der von der Secure World Foundation und der UK Space Agency im Juni veranstaltet wurde, bot die Gelegenheit, den wirkungsvollen Ansatz und die Methodik zu präsentieren, wie die Übergabe der ersten offiziellen Bewertung an Stellar, ein Telekommunikationsunternehmen und Gründungsmitglied der SSR, zeigte.

«Innovative, kollaborative und praktische Lösungen werden für die Sicherheit aktueller und zukünftiger Weltraummissionen und der Infrastruktur, auf die wir angewiesen sind, von entscheidender Bedeutung sein», sagt Florian Micco, Projektmanager für das Space Sustainability Rating. eSpace's Expertise und Netzwerk werden dazu beitragen, das SSR weiter auszubauen und Best Practices für nachhaltigeres, verantwortungsvolleres und sichereres Verhalten im Weltraum zu nutzen.

Anreize für nachhaltiges Verhalten

Das SSR wurde von Mitgliedern des Konsortiums entwickelt, die Experten auf den Gebieten Weltraummüll, Astrodynamik, Technologiepolitik und Raumfahrtökonomie sind. Es bewertet Missionen, die sich auf Module stützen, nach dem Grad ihrer potenziellen schädlichen physikalischen Interferenzen, ihrem Kollisionsvermeidungsverfahren, der Art und Weise, wie sie Daten austauschen, wie ihr Design Beobachtern die Verfolgung des/der Objekts/Objekte ermöglicht, der Einhaltung internationaler Standards und ihrer Bereitschaft und Fähigkeit, externe Dienste in Anspruch zu nehmen.

Die am SSR teilnehmenden Raumfahrtunternehmen erhalten je nach den Ergebnissen eines umfassenden Bewertungsprozesses, der auf sechs Modulen basiert, eine «Bronze»-, «Silber»-, «Gold»- oder «Platin»-Plakette. Dann wird eine zweite Punktzahl berechnet, die es den Betreibern ermöglicht, zusätzliche Punkte zu verdienen, wenn sie über die Basisbewertung hinausgehen. Diese Boni werden gesondert ausgewiesen und fließen nicht in die Basisbewertung ein, sondern sind eine ehrenvolle Erwähnung, die durch Sterne dargestellt wird. Zum Beispiel erhielt Stellar für die erste offizielle Bewertung eine bronzene Plakette mit einem Stern. Die Betreiber können diese Bewertungen dann weitergeben, so dass es in ihrem Interesse liegt, möglichst nachhaltige Einsätze zu planen.

«Wir fühlen uns geehrt, das erste Nachhaltigkeitsrating für den Weltraum erhalten zu haben», sagt Damien Garot, CEO von Stellar, «denn Nachhaltigkeit ist sowohl auf der Erde als auch im Weltraum unerlässlich. Wir werden auch weiterhin mit dem SSR-Verband zusammenarbeiten, um die Nachhaltigkeit unserer Missionen zu verbessern.»

Neben dem eigentlichen Rating bietet das SSR auch einen detaillierten Bericht über Massnahmen, die die Betreiber ergreifen könnten, um ihr Rating zu verbessern, wie z. B. Änderungen am Design ihrer Raumfahrzeuge oder weitere Informationen, die sie weitergeben könnten.

«Das Space Sustainability Rating könnte die Art und Weise, wie Raumfahrtmissionen durchgeführt werden, grundlegend verändern», sagt Jean-Paul Kneib, Akademischer Direktor von eSpace.

Eine integrative Plattform für praktische Zusammenarbeit

Ziel des SSR ist es, sich als Non-Profit-Organisation zu etablieren, um die Unabhängigkeit und Fairness des Bewertungssystems zu gewährleisten und mit allen Akteuren des Raumfahrtsektors zusammenzuarbeiten. Im vergangenen Jahr hat der SSR finanzielle Unterstützung vom Swiss Space Office erhalten. In Zukunft will das SSR genügend Einnahmen generieren, um die Betriebskosten zu decken, Forschungsarbeiten zur Verbesserung des Ansatzes durchzuführen und das Rating durch Betreiber, die für Ratings und Mitgliedsbeiträge zahlen, auszubauen.

Erfreulicherweise gewinnt die Nachfrage nach dem SSR - das in seiner Art einzigartig ist - immer mehr an Fahrt. Stellar und die Nihon University in Japan, die die Entwicklung eines regionalen Knotenpunkts für das SSR in Japan und im asiatisch-pazifischen Raum leiten werden, traten im ersten Quartal 2022 als Gründungsmitglieder bei. In den Wochen vor dem Start traten auch die ALTER-Gruppe, EnduroSat, Privateer, die Secure World Foundation und Slingshot Aerospace als Mitglieder bei und stellen dem SSR wichtiges Fachwissen zur Verfügung, um das Bewertungssystem zu verbessern und seine Relevanz und Genauigkeit zu gewährleisten.

«Schnelles Wachstum im Raumfahrtsektor ist nur möglich, wenn es nachhaltig erfolgt», sagt Raycho Raychev, Gründer und CEO von EnduroSat, «deshalb sind wir stolz darauf, uns dieser einzigartigen internationalen Initiative zur Förderung der Nachhaltigkeit im Orbit anzuschliessen.»

Die EPFL als Vorreiterin in Sachen Nachhaltigkeit im Weltraum

In den letzten Jahren hat sich die EPFL zu einem Vorreiter in der Weltraumsicherheit und im Umgang mit Weltraummüll entwickelt. Im Mai halfen zwei EPFL-Zentren, eSpace und das International Risk Governance Center (IGRC), bei der Ausrichtung des ersten Kinetic Space Safety Workshops. Diese beiden Zentren arbeiten seit 2020 zusammen mit EPFL Space Innovation an diesem Thema, unter anderem an zwei IRGC-Publikationen: Collision risk from space debris: Current status, challenges and response strategies und Policy options to address collision risk from space debris". Die Arbeit von eSpace zum Thema Weltraummüll ist Teil der laufenden Forschungsinitiative des Zentrums zur nachhaltigen Weltraumlogistik, die in Partnerschaft mit Space Innovation durchgeführt wird.

Die EPFL koordiniert auch die Beteiligung der Schweiz am Square Kilometre Array (SKA), dem grössten je gebauten Radioteleskop. Dieses Teleskop wird es den Forschenden ermöglichen, einige der grössten Geheimnisse des Universums mit einer noch nie dagewesenen Präzision zu untersuchen. SKA und das Schweizer Konsortium SKACH setzen auch auf Nachhaltigkeit, indem sie die Teleskope an abgelegenen Orten bauen, mit der lokalen und indigenen Bevölkerung zusammenarbeiten und sich für einen dunklen und ruhigen Himmel einsetzen, damit der Nachthimmel eine nachhaltige Ressource für alle bleibt.

«Mit der Lancierung des Space Sustainability Rating und dem Beitritt der Schweiz zur SKA festigen wir an der EPFL unsere Position als führendes Unternehmen im Bereich der Nachhaltigkeit im Weltraum», sagt Kneib: «Für uns, die wir im Weltraum arbeiten, ist es unsere Aufgabe, dazu beizutragen, dass der Weltraum für die nächsten Generationen sicher bleibt.»