Navigation, Satellitenkommunikation, Internet – für unsere heutige Informationsgesellschaft ist satellitengestützte Infrastruktur unverzichtbar. Aber auch Bereiche wie Energieversorgung, Bankenwesen oder Katastrophenschutz kommen nicht ohne Dienste aus dem Weltall aus. Sie zählen mittlerweile zur kritischen Infrastruktur und müssen geschützt werden. Diesen Schutz gewährleistet die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR gemeinsam mit dem Weltraumkommando der Bundeswehr im Weltraumlagezentrum in Uedem.
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Bundeswehr/Jennifer Heyn
ASSET: DLR-Werkzeug zur Kollisionsvermeidung
Die Grafik zeigt eine Sicherheitsbewertung eines zehnminütigen Startfensters mit der Software ASSET (AScent SafETy). In den orange und rot markierten Zeiträumen besteht ein erhöhtes Kollisionsrisiko für den Raketenstart und das Ausbringen der Nutzlast. Die Kollisionswahrscheinlichkeiten (PoC) sind im Vergleich zu den Toleranzwerten für Alarm (rot) und Warnung (orange) dargestellt.
Die Infrastruktur im Weltall ist das unsichtbare Rückgrat unserer modernen Zivilisation. Satelliten ermöglichen nicht nur globale Kommunikation, Navigation und Wettervorhersagen, sondern unterstützen auch Bereiche wie Katastrophenschutz, Landwirtschaft und Verkehr. Gleichzeitig wächst die Bedrohung der Infrastruktur durch menschengemachte und natürliche Risiken: Kollisionen mit Weltraumschrott, Cyberangriffe auf Satellitensysteme oder die zerstörerischen Auswirkungen von Weltraumwetterereignissen wie Sonnenstürmen könnten diese Infrastruktur schwer beschädigen – mit gravierenden Folgen für Wirtschaft, Sicherheit und Gesellschaft.
Warum Weltraumsicherheit für das DLR unverzichtbar ist
Weltraumsicherheit umfasst alle Maßnahmen, die notwendig sind, um die Funktionsfähigkeit und den Schutz dieser essenziellen Infrastruktur zu gewährleisten. Ein zentraler Baustein dafür ist ein detailliertes und aktuelles Bild der Weltraumlage – denn nur wer die Bewegungen von Satelliten, Trümmern und natürlichen Phänomenen, wie beispielsweise Meteoriten oder Sonnenstürme präzise verfolgt, kann Risiken früh erkennen und gezielt minimieren.
Die Komplexität der Weltraumsicherheit erfordert jedoch mehr als nur technische Lösungen: Sie verlangt die enge Zusammenarbeit von Regierung, Wirtschaft und Wissenschaft, um die Funktionsfähigkeit und Verfügbarkeit der kritischen Systeme langfristig zu gewährleisten. Durch interdisziplinäre Partnerschaft können wir Standards setzten, innovative Technologien entwickeln und globale Herausforderungen wie Weltraumschrott oder Cyberbedrohungen nachhaltig bewältigen.
Durch innovative Technologien, internationale Zusammenarbeit und vorausschauende Strategien tragen wir dazu bei, den Weltraum als sicheren und nachhaltigen Raum für zukünftige Generationen zu bewahren.
Das Nationale Weltraumlagezentrum in Uedem
Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR betreibt gemeinsam mit dem Weltraumkommando der Bundeswehr das Weltraumlagezentrum in Uedem. Mithilfe von Sensorik zur Weltraumüberwachung werden kontinuierlich Objekte – darunter aktive Satelliten sowie Weltraumschrott wie ausgebrannte Raketenstufen und Trümmerteile – im Weltraum erfasst und katalogisiert.
Auf Grundlage dieser Daten erstellt das Zentrum das nationale Weltraumlagebild und analysiert unter anderem die Kollisionsgefahren für Weltraumobjekte sowie Gefahren durch atmosphärische Wiedereintritte über Deutschland. Die Informationen aus dem Lagebild werden bewertet und an nationale Behörden und Satellitenbetreiber weitergegeben.
Seit dem Jahr 2015 ist die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR ebenfalls Partner im europäischen EU Programm SST (European Union Space Surveillance and Tracking). Es dient der Überwachung und Verfolgung von Objekten im Erdorbit, um die Sicherheit und Nachhaltigkeit der Weltraumnutzung zu gewährleisten. Das Weltraumlagezentrum betreibt den Europäischen Objekt- und Bahndatenkatalog und trägt damit auch auf europäischer Ebene zur Weltraumsicherheit bei.
Sicherer Betrieb von Weltrauminfrastruktur im Nationalen Raumfahrtkontrollzentrum, GSOC
Mit dem Nationalen Raumfahrtkontrollzentrum (German Space Operations Center, GSOC) in Oberpfaffenhofen steuern und überwachen wir nationale Satellitenmissionen. Zu ihnen gehören zum Beispiel die Missionen TerraSAR-X, TanDEM-X und EnMAP. Der sichere und zuverlässige Betrieb der Erdbeobachtungssatelliten steht hier im Mittelpunkt – dazu gehört auch die Planung und Durchführung von Ausweichmanövern, wenn Weltraumschrott der Flugbahn des Satelliten zu nahe kommt.
Dafür ist seit dem Jahr 2009 das Kollisionsvermeidungssystem COLA im operativen Einsatz. Um der exponentiell wachsenden Anzahl von Objekten im Weltraum und der zunehmenden betrieblichen Komplexität gerecht zu werden, passen wir die zugrunde liegenden Algorithmen laufend an. Das verbesserte COLA-System nutzt den DLR-eigenen Katalog „Backbone Catalogue of Relational Debris Information“ sowie den US-amerikanischen „Special Perturbation“-Katalog, der mehr als 30.000 Weltraumobjekte umfasst.
Kollisionsvermeidung während eines Raketenstarts
Angesichts der steigenden Startzahlen und der wachsenden Anzahl von Satelliten und Weltraummüll im sehr niedrigen Erdorbit, der sich circa 100 bis 450 Kilometer über der Erdoberfläche befindet, hat sich in den letzten Jahren auch das Risiko einer Kollision während der Startphase einer Rakete erhöht. Dies gilt sowohl für die kurze Phase, in der die Rakete den Luftraum kreuzt als auch die Phase des Übergangs in den Weltraum.
Das DLR entwickelt unter anderem folgende Modelle und Werkzeuge, um Kollisionen zu vermeiden:
Mit dem ASSET-LCOLA-Dienst berechnen wir ein sicheres Startfenster für den Raketenstart. Dabei berücksichtigen wir Objekte im niedrigen Erdorbit, die in der Startphase die Bahn der Rakete kreuzen könnten. Das ist der Zeitraum, in dem die Rakete in den Weltraum übergeht, die Satelliten ausbringt und die frühe Betriebsphase beginnt. Im Jahr 2026 demonstrieren wir gemeinsam mit der Mobilen Raketenbasis (MORABA) den LCOLA-Dienst. Anschließend soll er dem europäischen Markt für Trägerraketen zur Verfügung gestellt werden, um den sicheren Betrieb von Trägerraketen und Satelliten zu gewährleisten.
Zur Integration von Weltraumstarts in den Luftraum bauen wir am DLR-Standort in Braunschweig das Start-Koordinierungszentrum LCC (Launch Coordination Center) auf. Mit softwaregestützten Verfahren soll eine sichere, effiziente sowie flexible Durchführung von Raumfahrtaktivitäten beim Start und beim Wiedereintritt insbesondere durch den Luftraum ermöglicht werden. Da aktuell mit einem Raketenstart sehr weiträumige und länger andauernde Luftraumsperrungen verbunden sind. Unser Ziel ist daher – eine wirkliche Integration.
Cybersicherheit von Weltraumsystemen
Neben Strategien zur Kollisionsvermeidung muss das DLR Risiken durch Cyberangriffe auf einzelne Satelliten, Satellitenkonstellationen sowie auf Raumstationen begegnen, da diese zu Störungen oder Ausfällen führen können. Dies betrifft alle Bereiche einer Raumfahrtmission: die Bodenstation, die Kommunikationsverbindungen und die Satelliten selbst. Das DLR erarbeitet hierfür Ansätze, um Cybersicherheit bereits im Designprozess aller Segmente einer Raumfahrtmission und sowohl in der Software als auch in der Hardware zu berücksichtigen. Im Projekts RESILIENZ konzipiert das DLR beispielsweise Methoden, die die Integrität intelligenter cyber-physischer Systeme schützen. Die Forschenden identifizieren Instabilitäten, die durch Cyberangriffe oder andere Anomalien entstehen, und stellen die Sicherheit des Gesamtsystems wieder her.
Auswirkungen von Weltraumwetter
Auch das Weltraumwetter hat Auswirkungen auf Satelliten und kann im schlimmsten Fall zu einem Ausfall der Funktionalität – und damit der Entstehung von Weltraumschrott – führen. Daher ist es wichtig, Weltraumwetterereignisse wie zum Beispiel Sonnenstürme vorherzusagen und die Systeme bei Gefahr in einen sicheren Betriebsmodus zu versetzen. Mehr Informationen dazu gibt es in unserem Thema im Fokus „Weltraumwetter“.
Kontrollzentren, Weltraumkataloge und Software im Überblick
Weltraumlagezentrum in Uedem
Gemeinsam mit dem Weltraumkommando der Bundeswehr betreibt das DLR das Weltraumlagezentrum in Uedem. In der Einrichtung werden Objekte im erdnahen Orbit beobachtet, um deutsche weltraumgestützte zivile und militärische Systeme zu schützen und ein aktuelles Weltraumlagebild zu erstellen.
Mit seiner Expertise im Bereich Orbitalmechanik, Sensorik sowie Datenverarbeitung und -analyse zur Erstellung von Lagebildern trägt das DLR einen maßgeblichen Beitrag zum Schutz kritischer Infrastruktur bei.
Nationales Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC)
Mit dem Nationalen Raumfahrtkontrollzentrum unterstützt das DLR externe Kunden, wie Raumfahrtbehörden, Industrie und Wissenschaft, bei der Vorbereitung und beim Betrieb sowohl von Satellitenmissionen als auch von astronautischen Missionen. Im Bereich der Satellitenmissionen gehören zu den Hauptaufgaben die Steuerung und Überwachung von Raumfahrzeugen und die Kommunikation mit ihnen, die Missionsplanung, sowie Bestimmung und Kontrolle der Umlaufbahnen. Unter anderem umfasst dies die notwendigen Bahnkorrekturen, um Kollisionen mit anderen Objekten im Weltraum zu vermeiden. Diese Betriebsaufgaben erstrecken sich über den gesamten Lebenszyklus eines Satelliten.
Kollisionsvermeidungssystem COLA
Das Kollisionsvermeidungssystem COLA (Collision Avoidance) wird seit dem Jahr 2009 im operativen Einsatz für die vom DLR betriebenen Satelliten sowie als Dienstleistung für externe Missionen genutzt. Um der exponentiell wachsenden Anzahl von Objekten im Weltraum und der zunehmenden betrieblichen Komplexität gerecht zu werden, werden sowohl die verwendeten Algorithmen als auch die Schnittstellen kontinuierlich modernisiert und verbessert.
Das aktuelle COLA‑System greift auf den DLR‑eigenen Katalog „Backbone Catalogue of Relational Debris Information“ und den US‑amerikanischen „Special‑Perturbation“‑Katalog zurück, der mehr als 30 000 Weltraumobjekte umfasst. Um Kollisionsrisiken insbesondere bei wiederholten Annäherungen genauer zu bewerten, wurde das System erweitert. Es berücksichtigt das gesamte Kollisionsrisiko über mehrere Begegnungen hinweg, das deutlich höher sein kann als das Risiko einer einzelnen Begegnung. Besonders anspruchsvoll sind Annäherungen mit geringen Relativgeschwindigkeiten. Darüber hinaus erforscht das DLR, wie künstliche Intelligenz die Risikobewertung verbessern und Entscheidungen über Ausweichmanöver unterstützen kann.
Werkzeug zur Kollisionsvermeidung, ASSET
Mit dem ASSET (AScent SafETy) Launch Collision Avoidance (LCOLA)-Dienst entwickelt das DLR ein Werkzeug, das Kollisionsrisiken bereits während des Raketenstarts, beim Aussetzen der Satelliten und in ihrer frühen Betriebsphase bewertet. Im Vergleich zu bestehenden Diensten deckt ASSET das gesamte Startfenster ab und ermöglicht eine realistische Bewertung auf Basis von Kollisionswahrscheinlichkeiten. Gleichzeitig können die notwendigen Analysen deutlich schneller durchgeführt werden. So will das DLR Raketenstarts flexibler und sicherer machen. Ein Prototyp des DLR-LCOLA-Dienstes wird im Jahr 2026 gemeinsam mit der Mobilen Raketenbasis (MORABA) demonstriert. Anschließend soll die Technologie für den europäischen Trägerraketenmarkt zur Verfügung stehen und zu einem sicheren Zugang zum Weltraum beitragen.
Koordinierungszentrum LCC
Mit der zunehmenden Kommerzialisierung der Raumfahrt – häufig als „New Space“ bezeichnet – steigt die Zahl der Raketenstarts deutlich. Mit dem Launch Coordination Center (LCC) entwickelt das DLR ein Koordinierungszentrum, das Starts und Wiedereintritte durch den Luftraum sicher, effizient und flexibel unterstützt. Das DLR-Institut für Flugführung entwickelt das LCC im Rahmen des Innovationsprojekts Spacetracks. Es umfasst eine Planung und Koordination am Boden ebenso wie die Begleitung des Fluges durch den Luftraum bis zum Übergang in den Weltraumbetrieb.
Fehlererkennungssystem RESILIENZ
Im Projekt RESILIENZ (Resilience of Intelligent Cyber-Physical Systems) entwickelt das DLR Hardware und Software-Systeme, die auch bei Störungen zuverlässig funktionieren. Sie sollen Fehler selbstständig erkennen, darauf reagieren und ihre Funktionsfähigkeit möglichst vollständig wiederherstellen. Dafür verbindet das DLR intelligente Überwachungs- und Steuerungsverfahren mit einem ganzheitlichen Blick auf das System. So werden sowohl das Zusammenspiel der technischen Komponenten als auch die Rolle der Menschen bei der Erkennung und Behebung von Fehlern berücksichtigt.
