Mast- und Schotbruch im Weltall

Cambridge (USA) - Nicht nur auf den sieben Weltmeeren, auch im Weltall geht es bisweilen stürmisch zu. Heftige Teilchenschauer und magnetische Turbulenzen setzen der Technik von Satelliten und Raumsonden zu. Immer wieder kommt es vor, dass die Elektronik dieser Geräte ins Stocken gerät oder einzelne Komponenten sogar ganz ausfallen. Obwohl Satelliten meist sehr teuer sind, sind aber die Gründe für Schäden an ihnen nur selten bekannt. Denn im All lassen sie sich nur per Telemetrie untersuchen. Doch die Betreiberfirmen veröffentlichen ihre Daten nicht, so dass Weltraumforscher wenig konkrete Anhaltspunkte für die Ursachen von Ausfällen an elektronischen Komponenten haben. Zwei Wissenschaftlerinnen aus den USA hatten sich deshalb mit dem britischen Telekommunikationskonzern Inmarsat zusammengetan, um Defekte von Weltraumtechnik zu analysieren. Wie sie im Fachblatt „Space Weather“ berichten, sind die gängigen Indizien für Weltraumwetter wenig geeignet, um Ausfälle vorherzusagen.

„Wenn wir besser verstehen, wie die Umstände im All sich auf Satelliten auswirken, und wenn wir Satelliten widerstandsfähiger machen können, wäre das nicht nur für deren Kosten, sondern auch für deren Leistung sehr vorteilhaft“, sagt Whitney Lohmeyer vom Massachusetts Institute of Technology. Zusammen mit Ko-Autorin Kerri Cahoy, die dort ein eigenes Labor betreibt, untersuchte Lohmeyer die Telemetriedaten von über 665.000 Betriebsstunden von acht Satelliten. Die ältesten Daten stammten aus dem Jahr 1996, die neuesten reichten bis 2012. Indem sie einen langen Zeitraum von 16 Jahren heranzogen, konnten die beiden Forscherinnen verschiedene Aktivitätszyklen der Sonne berücksichtigen. In ihrem elfjährigen Zyklus kennt unser Zentralgestirn ruhigere und aktivere Phasen, die mit stark unterschiedlichen Ausbrüchen und Magnetstürmen einhergehen.

Über den gesamten Zeitraum traten 26 Defekte auf; die meisten davon Hardwarefehler, die nicht behebbar waren und zu einem vorübergehenden Ausfall des Satelliten führten. Vor allem elektronische Verstärker zeigten sich anfällig. Zwar sind die zentralen Komponenten von Satellitenelektronik durch starke Abschirmungen vor den Einflüssen der Weltraumwitterung geschützt. Doch auf Dauer führen die Bedingungen im All zu einer deutlich schnelleren Alterung und schwer zu vermeidenden Defekten der Hardware. Deshalb liegen wichtige Systeme auf Satelliten mehrfach vor, so dass der Ausfall eines Bauteils kompensiert werden kann. Doch bei typischerweise 15 Betriebsjahren im Orbit ist es ärgerlich, wenn ein 200 Millionen Euro teurer Satellit wegen weniger schadhafter Verstärker außer Betrieb gehen muss.

Um Defekte vorherzusagen, vertrauen Satellitenbauer meist auf einfache Modelle des Weltraumwetters. „Doch das ist viel dynamischer, als diese Modelle vorhersagen“, erklärt Cahoy. „Und es gibt viele Wege, wie geladene Teilchen Satellitenelektronik schädigen können.“ Vor allem bei nachlassender Sonnenaktivität häuften sich die Defekte, stellten die Forscherinnen zu ihrer Überraschung fest. Eine Erklärung hierfür könnte sein, dass sich durch den Beschuss mit hochenergetischen Elektronen statische Ladungen im Innern der Elektronik aufbauen. Der gebräuchliche Index für Weltraumwetter taugt jedenfalls nicht, um diese Art von Schäden vorherzusagen. Denn die meisten Defekte traten bei Werten auf, die nicht auf Sturm, sondern auf eitel Sonnenschein hindeuteten.