Kollisionsvermeidung
Die zunehmende Dichte von vom Menschen geschaffenen Objekten im Weltraum führt zu einer Zunahme von Annäherungsereignissen. Die Kollisionsvermeidung ist zu einem wesentlichen Bestandteil des Satellitenbetriebs geworden, wobei viele Organisationen auf Bereitschaftsdienst-Satellitenoperatoren zurückgreifen, um Ausweichmanöver einzuleiten und so Kollisionsrisiken zu mindern. Angesichts der zu erwartenden Zunahme von Kollisionsereignissen im kommenden Jahrzehnt wird es unerlässlich sein, diesen Prozess zu automatisieren, um so die Arbeitsbelastung der Bediener zu verringern und die Skalierbarkeit zu verbessern.
Überblick über die Menge an Weltraummüll und dessen Auswirkungen auf den Satellitenbetrieb
Im April 2026 belief sich die Zahl der von Weltraumüberwachungsnetzwerken katalogisierten Objekte auf über 40.000. Die Kataloge umfassen jedoch hauptsächlich Objekte mit einer Größe von mehr als 10 cm. Kleinere, aber ebenfalls gefährliche Objekte bleiben weitgehend unentdeckt und machen mehr als 1 Million Weltraummüllobjekte mit einer Größe von über 1 cm aus. Mehr als 18.000 aktive Satelliten sind in diesem überfüllten Weltraum im Einsatz, darunter sowohl operative Nutzlasten als auch Weltraummüll. Davon befinden sich über 12.000 Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn (LEO), was diesen Bereich zu einem Brennpunkt für kritische Annäherungen macht. Da die Zahl der Satelliten in der Umlaufbahn bis 2030 voraussichtlich 100.000 überschreiten wird, werden Maßnahmen zur Kollisionsvermeidung von größter Bedeutung sein, um das Risiko von Fragmentierungsereignissen in einer bereits überfüllten Umlaufbahnumgebung zu minimieren. Das 19. Space Defense Squadron (19 SDS) der United States Space Force, das Konjunktionereignisse im Weltraum überwacht, hat täglich etwa 600.000 Konjunktionsdatenmeldungen (Conjunction Data Messages, CDMs) generiert. (Stand: 2023) Im Vergleich zu 2020 hat sich die tägliche Rate verdreifacht.
Es ist zu erwarten, dass die Häufigkeit dieser kritischen Warnungen zunehmen wird, was einen erheblichen Druck auf Satellitenbetreiber ausübt, die auf manuelle, von Analysten abhängige Verfahren zur Kollisionsvermeidung setzen. Der Großteil des Kollisionsvermeidungsprozesses ist automatisiert – es gibt Modelle für die Kollisionsüberprüfung, die Berechnung kritischer Parameter zum Zeitpunkt der größten Annäherung (TCA), die Übertragung der Zustände und Kovarianzen der Kollisionspaare auf den TCA sowie die Optimierung von Ausweichmanövern, falls ein Manöver als notwendig erachtet wird. Ein zentraler Aspekt des Prozesses ist die „Go/No-Go“-Entscheidung – die Entscheidung für oder gegen ein Manöver zur Minderung des Kollisionsrisikos. Allein die Starlink-Satelliten führten zwischen November 2024 und Mai 2025 144.404 Manöver zur Minderung des Kollisionsrisikos durch. Während einige Unternehmen wie SpaceX die Entscheidungsfindung mithilfe von PoC-Schwellenwerten automatisieren, verlassen sich viele Organisationen auf Analysten, die rund um die Uhr auf Abruf bereitstehen, um bei einer kritischen Konjunktion Entscheidungen zu treffen. Die Notwendigkeit manueller „Go/No-Go“-Entscheidungen ergibt sich aus dem hohen Risiko – eine falsche Entscheidung könnte im schlimmsten Fall zum Verlust eines Satelliten führen. Umgekehrt zehren übermäßige Manöver das Treibstoffbudget der Mission auf und stören den geplanten Satellitenbetrieb.
Die drei wichtigsten Phasen eines Manövers zur Kollisionsvermeidung
Maßnahmen zur Kollisionsvermeidung bestehen in der Regel aus drei wesentlichen Phasen: der Risikobewertung der Annäherung, bei der die Schwere einer nahen Annäherung bewertet wird; der Durchführung des Manövers, bei der ein CAM geplant und bei Bedarf auf das Raumfahrzeug hochgeladen wird; sowie der Wiederherstellung nach dem Manöver, bei der das Raumfahrzeug nach einer vorübergehenden Abweichung von seiner Betriebsbahn wieder in seine Missionskonfiguration zurückversetzt wird. Mit Blick auf die erste Phase folgt die Bewertung der Kritikalität eines Konjunkionsereignisses einem bewährten Verfahren, bei dem die Kollisionswahrscheinlichkeit (Probability of Collision, PoC) und andere wichtige Kennzahlen der Begegnung berechnet werden, wobei die Zustände und die damit verbundenen Unsicherheiten sowohl des primären als auch des sekundären Objekts berücksichtigt werden. Im Deutschen Raumfahrt-Operationszentrum (GSOC) nutzt das Team der Flugdynamikdienste (FDS) sein Kollisionsvermeidungssystem (CAS), um seine Missionen sorgfältig zu steuern. Das CAS stützt sich auf Konjunktion-Datenmeldungen (Conjunction Data Messages, CDMs), die von internationalen Weltraumüberwachungs- und -verfolgungsinstitutionen herausgegeben werden, beispielsweise vom europäischen EUSST oder dem US-amerikanischen 19th Space Defense Squadron (19th SDS). Nach Erhalt einer neuen CDM ruft das CAS die aktuellsten Ergebnisse der Bahnbestimmung für das Primärobjekt ab und extrahiert den Zustandsvektor sowie die Kovarianzdaten des Sekundärobjekts aus der CDM. Diese Parameter werden anschließend auf den Zeitpunkt der größten Annäherung (Time of Closest Approach, TCA) fortberechnet, wodurch verschiedene Produkte generiert werden, die die Flugdynamik-Operatoren bei ihrem Entscheidungsprozess unterstützen.
Dieser traditionelle 1-gegen-1-Ansatz zur Risikobewertung erweist sich jedoch im Falle von Zerfallsereignissen im Orbit als unzureichend. Tatsächlich kann unmittelbar nach einer Fragmentierung die Begegnung zwischen der Trümmerwolke und einem Zielobjekt nicht als eine Abfolge einzelner Begegnungen betrachtet werden, da die Zustandsschätzung jedes einzelnen Trümmerstücks Zeit in Anspruch nehmen kann. Diese Verzögerung führt zu einer „Blackout“-Phase, in der Satellitenbetreiber keine Maßnahmen zur Risikominderung ergreifen können, um das Kollisionsrisiko zu verringern. Während dieser Zeit können keine CDMs ausgegeben werden. Zudem bleiben sehr kleine Trümmerteile aufgrund technologischer Einschränkungen aktueller Sensoren oft unerkannt, was möglicherweise zu einer gefährlichen Unterschätzung der Wahrscheinlichkeit einer Kollision (PoC) führt. Vor diesem Hintergrund entwickelt das GSOC-FDS-Team ein Tool, das eine Bewertung des Kollisionsrisikos liefert, das ein Zerfallsereignis für ihre Anlagen darstellt, wobei der Schwerpunkt auf den ersten Stunden nach dem Zerfall liegt.
Weitere Informationen
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SPACE X Starlink ANNUAL Report 2025.