Die Datendetektivin
Joséphine Koffler war schon früh fasziniert von den Dingen über unseren Köpfen. Aufgewachsen ist sie nahe des Flughafens Straßburg, mit dem immer wiederkehrenden Rauschen der Flugzeuge im Ohr. Im Alter von 17 Jahren saß sie erstmals selbst im Cockpit eines Kleinflugzeugs, machte mit 23 Jahren einen kleinen Flugschein. Seit knapp drei Jahren beschäftigt sich die Materialwissenschaftlerin nun auch mit Objekten, die weit über den Flugzeugen ihre Bahnen um die Erde ziehen.
Am DLR-Institut für Instandhaltung und Modifikation arbeitet die gebürtige Französin an der Frage, wie wir Satelliten im Erdorbit nachhaltiger und langlebiger nutzen können. „In einem Praktikum habe ich das erste Mal über Weltraumschrott gelesen“, erinnert sich Joséphine Koffler. „Mir war vorher nicht klar, wie viele kleine und größere Teile um die Erde kreisen und dass die faszinierende Technik, die wir ins All bringen, so viele Trümmerteile hinterlässt“, ergänzt sie. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um Fragmente alter Raketenoberstufen oder abgeschaltete Satelliten. Aktuell sind etwa 1,2 Millionen Teile im Orbit, die größer als ein Zentimeter sind. Diese können auch aktiven Satelliten gefährlich werden. Die entscheidende Frage lautet also: Wie schaffen wir es, in Zukunft möglichst wenig neuen Weltraumschrott zu verursachen?
Ein ganzes Leben
ESA
Für Antworten auf diese Frage nutzt Joséphine Koffler das sogenannte Life Cycle Assessment (LCA), auf Deutsch: Lebenszyklusanalyse. Das Besondere an dieser standardisierten Methode ist ihre Vielseitigkeit. Jedes denkbare Produkt kann mittels LCA auf seine Nachhaltigkeit hin geprüft werden. Vom Joghurtbecher bis zum Satelliten. Die Methode hilft Forschenden, die ökologischen Auswirkungen eines Produkts während seines gesamten Lebenszyklus zu erfassen. Bei einem Satelliten wäre das der Weg vom Abbau der Rohmaterialien und der Produktion über den Flug ins All bis hin zu seinem Betrieb und dem Betriebsende in der Erdumlaufbahn. Während der Analyse wird deutlich, welche der Lebensphasen die größten ökologischen Auswirkungen auf unseren Planeten hat. „Unsere Aufgabe ist es, den Ingenieurinnen und Ingenieuren relevante Informationen für Design, Bau und Nutzung der Satelliten zu geben. So stellen wir sicher, dass wir keine neuen ökologischen Probleme im Weltraum schaffen, die wir in zehn oder 20 Jahren aufs Neue lösen müssen“, erklärt die Wahl-Hamburgerin.
Detektivarbeit im Datendschungel
Dazu sammelt Joséphine Koffler zunächst Daten über alle Bestandteile des Satelliten. Für ihre Analyse muss sie tief in die weltweiten Lieferketten und Eigenschaften von Aluminium, Titan oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen abtauchen – den Materialien, aus denen moderne Satelliten zum Großteil bestehen. In detektivartiger Arbeit sucht sie etwa nach belastbaren Daten zum Wasserverbrauch in der Titanproduktion oder der Toxizität von verglühendem Aluminium. Dazu durchforstet sie unzählige Datenbanken und Studien. „Die größten Herausforderungen bei meiner Arbeit sind die Verfügbarkeit und die Qualität der Daten“, erklärt sie. Denn immer wieder sind Informationen unvollständig, beispielsweise weil sie unter Verschluss sind oder es schlicht noch keine Zahlen zu bestimmten Materialien gibt.
Kein Platz für Bauchgefühl
Die Belohnung für ihre kleinteilige Recherchearbeit ist das Gesamtbild, das sich am Ende von Kofflers Analyse zeigt. Häufig zeichnen die Zahlen ein Bild, das bisherige Annahmen komplett über den Haufen wirft. Beim Design von Satelliten achtete man beispielsweise lange darauf, dass sie beim Wiedereintritt in die Atmosphäre möglichst vollständig verglühen, bevor sie auf der Erde ankommen. Durch eine umfassende Lebenszyklusanalyse wurde klar, dass die Umweltauswirkungen durch das vollständige Verbrennen tatsächlich höher sind, als wenn man den Satelliten einfach in den Ozean stürzen lässt. Denn heutige Satelliten bestehen zum Großteil aus Aluminium, das bei großer Hitze schädliches Aluminiumoxid freisetzt. „Das Wesentliche ist für das Auge unsichtbar“, schrieb der französische Schriftsteller und Pilot Antoine de Saint-Exupéry in seinem weltbekannten Roman „Der kleine Prinz“. „Ich denke, dass dieser Satz in vielerlei Hinsicht auch auf meine Arbeit zutrifft“, beschreibt die Französin ihre Forschung.
Seit Kurzem wird auch über Holz als nachhaltiges Baumaterial für Satelliten diskutiert. Obwohl bestimmte Materialien als umweltfreundlich wahrgenommen werden, ist ihre Nutzung nicht automatisch schonender für unseren Planeten. „Manchmal verschieben neue Materialien nur die Umweltauswirkungen auf eine andere Phase des Lebenszyklus oder in eine andere Umweltkategorie“, erklärt Joséphine Koffler dazu. Wenn man mit ihr über Nachhaltigkeit spricht, bemerkt man: Anders als bei ihrem Hobby im Cockpit ist bei der Forschung kein Platz für Bauchgefühl.
Lernen von der Luftfahrt
Obwohl das Life Cycle Assessment ein verlässliches Rahmenwerk ist, muss Joséphine Koffler immer wieder Pionierarbeit leisten, wenn sie sich mit möglichst langlebigen Satelliten beschäftigt. „Bisher sind die Satelliten noch nicht dafür gebaut, im Orbit repariert oder nachgetankt zu werden, aber man könnte ihre Lebensdauer auf diese Weise verlängern“, erklärt sie. Denn fast immer sorgt ein Defekt oder ein leerer Treibstofftank für das Missionsende des Satelliten. Sobald der Hightech-Trabant defekt oder sein Tank leer ist, muss ein Ersatz hinauf ins All geschossen werden. Diese Einwegnutzung will die Forschung mit einer gänzlich neuen Wartungsphase im All beenden. In dieser Phase könnte der Satellit aufgetankt und, falls nötig, repariert werden, um ihm ein verlängertes Leben zu schenken. Die Idee stammt aus der Luftfahrtbranche, in der Joséphine Koffler mehrere Jahre als Forscherin und Flugbegleiterin unterwegs war. Besonders bei Verkehrsflugzeugen sind Instandhaltung und Wartung lementare Bestandteile des Produktlebens. Die regelmäßigen Kontrollen sorgen nicht nur für die Sicherheit der Fluggäste, sondern auch für eine jahrzehntelange Lbensdauer der Flugzeuge.
Im All gibt es bisher noch kein etabliertes Verfahren, um das sogenannte On-Orbit-Servicing durchzuführen. Bevor Satelliten für einen solchen „Boxenstopp“ im Erdorbit angepasst werden, muss Joséphine Koffler zunächst herausfinden, unter welchen Umständen sich diese Umstellung überhaupt lohnt. Dafür sucht sie nach dem ökologischen „Break-even-Point“. Konkret bedeutet das: Wie viele Satelliten muss die Tankstelle oder Werkstatt im Erdorbit versorgen, bis sie ihre eigenen Umweltauswirkungen kompensiert hat?
Bis zu einer echten Kreislaufwirtschaft im All wird Joséphine noch viel Zeit mit Berechnungen und Umweltdaten verbringen. Auch im Privaten achtet sie darauf, dass ressourcenschonende Gerichte auf den Tisch kommen, die sie gern mit reparierten Küchenmaschinen aus zweiter Hand zubereitet. „Online kann man schon vieles über den Wasser- und Landverbrauch von einzelnen Lebensmitteln finden“, sagt sie. Und das mit deutlich weniger Rechercheaufwand als für einen kompletten Satelliten.
Ein Beitrag von Max Braun aus dem DLRmagazin 180.