Die zunehmende Kommerzialisierung des Weltraums bringt eine weltweite Expansion von Satellitenkonstellationen mit sich. Unternehmen wie SpaceX mit ihrem ambitionierten Starlink-Projekt oder Amazons Project Kuiper verfolgen das Ziel, Tausende von Satelliten in den erdnahen Orbit zu bringen, um überall auf der Welt eine schnelle Internetverbindung zu ermöglichen. Doch diese Satelliten haben eine begrenzte Lebensdauer – meist nur etwa fünf Jahre – und müssen nach Ablauf ihrer Nutzungszeit zum größten Teil kontrolliert oder unkontrolliert zur Erde zurückkehren. Dort verglühen sie in der oberen Erdatmosphäre, was bisher als praktische Methode galt, um Weltraummüll zu entsorgen. Im Laufe der vergangenen Jahre stellt sich jedoch heraus, dass genau dieser Vorgang gefährliche Umweltfolgen birgt, die sich noch kaum absehen lassen, aber langfristige Schäden anrichten könnten.
Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn verglühen durch enorme Hitzeentwicklung unter anderem aufgrund der Reibung mit den Luftmolekülen. Dabei entstehen hohe Temperaturen von bis zu 3.500 Grad Fahrenheit, die chemische Reaktionen anregen und giftige Schadstoffe einschleusen können. Zu den freigesetzten Substanzen zählen unter anderem Alumina (Aluminiumoxid), Russpartikel, Stickstoffoxide sowie Metalle wie Lithium und Blei. Die Rolle dieser Schadstoffe in der Stratosphäre ist weitgehend unerforscht, doch erste Studien weisen darauf hin, dass sie die empfindliche Zusammensetzung der Atmosphäre zum Teil drastisch verändern können.
Das Verbrennen von Satelliten oder deren Komponenten in der Stratosphäre kann die Ozonschicht beeinträchtigen. Diese Schicht schützt das Leben auf der Erde vor schädlicher ultravioletter Strahlung. Bereits in den 1980er Jahren sorgten Substanzen wie FCKW (fluorchlorierte Kohlenwasserstoffe) aus Spraydosen und Kühlsystemen für ein dramatisches Ozonloch, das nur durch internationale Zusammenarbeit eingedämmt werden konnte. Derzeit besteht die Sorge, dass die Emissionen aus dem Satelliten-Reentry die Fortschritte beim Schutz der Ozonschicht gefährden könnten. Besonders problematisch ist das Auftreten von Alumina, denn Aluminiumoxidpartikel fördern komplexe chemische Prozesse, die zur Ozonzerstörung führen.
Schätzungen zufolge könnten allein die Emissionen aus den Reentrys der aktuell betriebenen Mega-Konstellationen jährlich mehrere Hundert Tonnen Alumina in die Stratosphäre einbringen – ein Wert, der naturbelassene Mengen bereits deutlich übersteigt. Darüber hinaus setzen Raketenstarts, die notwendig sind, um Satelliten in ihren Orbit zu bringen, Russ und andere Verbrennungsrückstände frei. Diese feinen schwarzen Kohlenstoffpartikel sind hinsichtlich ihres Einflusses auf das Klima besonders relevant. Ihre Ablagerung in großer Höhe hat ein bis zu 500-mal stärkeres Erwärmungspotenzial als am Erdboden. Die komplexen Auswirkungen reichen von Störungen der Wolkenbildung über Verschiebungen großer Luftzirkulationsmuster bis hin zu Veränderungen der Tropopause, einer Grenzschicht zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre.
Diese Effekte könnten das globale Klimageschehen indirekt beeinflussen, auch wenn sie derzeit nur unzureichend erforscht sind. Die steigende Anzahl von Satelliten verschärft diese Herausforderungen mehr und mehr. Während im Jahr 2019 noch etwa 500 neue Satelliten gestartet wurden, sind es 2024 schon mehrere Tausend pro Jahr. Prognosen zufolge könnten es bis 2030 über 100.000 sein.
Die Flut an Satelliten führt zwangsläufig zu mehr Reentries, also zum Wiedereintritt von Satelliten in die Erdatmosphäre. Die gesetzlichen Rahmenbedingungen in den meisten Ländern schreiben vor, dass Satelliten innerhalb von fünf Jahren nach Missionsende deorbitiert werden müssen, meist durch kontrollierte Verbrennung in der Atmosphäre. Allerdings berücksichtigen viele Regulierungen bislang nicht die Umweltfolgen dieser Praxis. Vor dem Hintergrund dieser Entwicklungen besteht dringender Forschungsbedarf. Wissenschaftler versuchen, die Verteilung und das Verhalten der verschiedenen Schadstoffe in der Stratosphäre besser zu verstehen, ihre Verweilzeit zu bestimmen und die Natur ihrer chemischen Reaktionen zu analysieren.
Das Wissen darüber, wie Alumina- und Lithiumpartikel, Russ und Stickstoffoxide miteinander und mit anderen atmosphärischen Komponenten interagieren, ist jedoch noch lückenhaft. Auch fehlen detaillierte Informationen zu den physikalischen Eigenschaften der entstehenden Aerosole. Die chemischen Prozesse, die beim Wiedereintritt ablaufen, sind bislang hauptsächlich in Modellen simuliert worden, da direkte Messungen schwierig und teuer sind. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) plant einen spezialisierten Satellitenmission zum Jahr 2027, die erstmals Daten über den tatsächlichen Einfluss eines Satelliten-Reentrys liefern soll. Satellitenhersteller reagieren angesichts der steigenden Aufmerksamkeit teils bereits: So werden neue, leichtere und weniger metallhaltige Materialien verwendet, um die beim Verglühen entstehenden Schadstoffe zu minimieren.
Zum Beispiel setzen einige Unternehmen auf kohlefaserverstärkte Kunststoffe anstelle von Aluminium, obwohl deren Abbaueigenschaften in der Stratosphäre noch nicht umfassend untersucht sind. Auch werden Satelliten zunehmend so konstruiert, dass sie möglichst vollständig in der Atmosphäre verglühen und keine größeren Trümmer zurücklassen, die auf der Erde Schäden verursachen könnten. In der Diskussion um umweltfreundlichere Entsorgungsmethoden steht auch die Verlagerung toter Satelliten in sogenannte „Friedhofsorbitale“ im Raum. Diese hochgelegenen Bahnen sind weit entfernt von aktiven Satelliten, verhindern jedoch nicht die Vermüllung des Weltraums auf lange Sicht und können den wachsenden Weltraummüllproblem nur unvollständig lösen. Die US-amerikanische Regulierungsbehörde FCC besteht bisher auf atmosphärisches Verglühen als bevorzugte Entsorgungsmethode.
Grundsätzlich kommt dem Thema Weltraumschrott und seiner Umweltbilanz in Zukunft eine höhere Priorität zu. Angesichts der ökonomischen Bedeutung der Satellitenbranche, die mittlerweile mehrere hundert Milliarden US-Dollar wert ist und weiter wächst, stehen Industrie, Wissenschaft und Politik vor der Herausforderung, nachhaltige Lösungen zu finden, die den technologischen Fortschritt ermöglichen und gleichzeitig ökologische Risiken minimieren. Die derzeitige Situation spiegelt einen weiteren Beleg dafür wider, dass die Menschheit Umweltfolgen immer dann besonders kritisch betrachten muss, wenn sich Belastungen in schwer zugängliche oder wenig beachtete Bereiche verlagern – wie es bei der Stratosphäre durch die Satelliten-Reentry-Emissionen passiert. Die Atmosphäre wird zum Abfallentsorger für Materialien, deren Auswirkungen zunehmend Aufmerksamkeit verdienen. Wichtig ist es, aus den Lehren der Vergangenheit zu lernen und jetzt Forschung, Regulierung und Innovation voranzutreiben, um eine Balance zwischen Fortschritt und Schutz unserer globalen Umwelt zu finden.
So dürfen die Herausforderungen, die mit dem schnellen Wachstum der Satellitenkonstellationen einhergehen, nicht ignoriert werden. Neben technologischem Fortschritt und wirtschaftlichen Vorteilen steht auch immer die Verantwortung gegenüber dem Planeten und künftigen Generationen. Nur durch umfassende Forschung, internationale Kooperation und vorausschauende Regulierung kann das Gleichgewicht zwischen den ökologischen Belastungen durch Satellitenverbrennung und den Vorteilen der Weltraumtechnologie gewahrt bleiben. Die Zeit zu handeln ist jetzt, bevor die Atmosphäre durch toxische Emissionen in der unsichtbaren Höhe der Stratosphäre unwiderruflichen Schaden nimmt.
