DK099 - Satelliten, Internetzugang, Raketen und die Folgen für das Klima

Shownotes

DK099 - Satelliten, Internetzugang, Raketen und die Folgen für das Klima

…und warum ist es schlecht, wenn die Erde grün wird?

"Das Klima”, der Podcast zur Wissenschaft hinter der Krise. Wir lasen den sechsten Bericht des Weltklimarats und erklären den aktuellen Stand der Klimaforschung.

In Folge 99 geht es in den Weltraum. Aber nicht so weit! Wir schauen uns an, welche Auswirkungen es auf das Klima hat, wenn wir immer mehr Satelliten ins All schicken. Denn das tun wir, vor allem mit “Megakonstellationen” aus zehntausenden Satelliten, die für globalen Internetempfang sorgen sollen. Aber so richtig gut für das Klima ist es nicht. Auch der Weltraummüll hat überraschenderweise Auswirkungen und am Ende diskutieren wir noch kurz darüber, warum es gar nicht so gut ist, wenn die Erde grün wird.

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Raketen und Internet

Früher sind nur eine Handvoll Satelliten staatlicher Organisationen durchs All geflogen. Mittlerweile ist die Raumfahrt ein großer Markt geworden und seit einigen Jahren werden “Mega-Konstellationen” im All aufgebaut, die aus einigen zehntausend Satelliten besehen sollen. Das ist ein Problem für die Astronomie - aber ist es auch ein Problem für das Klima?

Ziel dieser Mega-Konstellationen ist die Bereitstellung von Internet, was prinzipiell eine gute Idee ist. Unabhängiger Internetzugang ist auch eines der nachhaltigen Entwicklungsziele der UN. Und aktuell sind es drei Firmen, die sich vor allem mit dem Aufbau so eines Satellitennetzwerkes beschäftigen: Starlink, One Web und Projekt Kuiper.

Welche Auswirkungen das auf das Klima hat, hat sich die Arbeit “Sustainability assessment of Low Earth Orbit (LEO) satellite broadband mega-constellations” angesehen. Das hängt natürlich von der Menge an Satelliten ab, die ins All geschossen werden; von der Art der Raketen die dafür verwendet werden; der Anzahl der Nutzer, und so weiter. Die Resultate der Studie: Je nach Szenario ist das Satelliteninternet 14 bis 91 mal schlechter was die Emissionen angeht als das terrestrische Breitbandinternet. Nach der ersten Ausbaustufe werden die Satellitennetzwerke circa 12 Megatonnen CO2 verursacht haben; circa so viel wie alle Dieselautos in Österreich pro Jahr emittieren. Und das wird nicht besser werden, denn es kommen immer mehr Satelliten dazu und die, die da sind, müssen regelmäßig ersetzt werden.

Denn Satelliten in einer nahen Erdumlaufbahn können abstürzen und wenn sie das tun, gelangt Müll in die hohe Atmosphäre. Der wurde dort jetzt auch tatsächlich nachgewiesen (“Metals from spacecraft reentry in stratospheric aerosol particles”) - was das für Auswirkungen hat, wissen wir allerdings noch nicht genau. Nur, dass es vermutlich keine positiven Auswirkungen sein werden.

Ohne Satelliten kommen wir aber nicht aus, auf jeden Fall in der Forschung. Das zeigt die Arbeit “Global climate-change trends detected in indicators of ocean ecology”. Satellitenbeobachtungen haben gezeigt, dass die Erde vom All aus gesehen immer grüner wird. Was an den Mikroorganismen im Meer liegt, die sich verändern, weil das Meer immer wärmer wird. Gut ist das vermutlich nicht, aber um zu verstehen, was genau passiert, wenn die blaue Erde grün wird, brauchen wir mehr Beobachtungen. Mit Satelliten…

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Kommentare (6)

Nico

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Ihr hattet beim Internetempfang per Satellit Selbstfahrende Autos erwähnt und behauptet da wolle man keine Verzögerung haben, damit die rechtzeitig bremsen. Selbstfahrende Autos brauchen jedoch kein Internet. Beispielsweise können Teslas ohne menschliches Eingreifen in den USA von einer Adresse zur anderen fahren. Alle Berechnungen finden dabei auf einem Computer im Tesla statt. Er lädt vielleicht software Updates und Kartenmaterial über die mobile Verbindung runter, aber das ist nicht Zeitkritisch. Auch auf der Karten nicht eingezeichnete Alternativrouten kann er teilweise selbstständig finden. Auch wenn beim Tesla noch ein Mensch drin sitzen und das System überwachen muss, würden vollkommen autonome Autos nicht anders funktionieren. Gezeigt wird das bei YouTube von z. B. CYBRLFT oder Dirty Tesla.

Stephan Schulz

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Eigentlich ist von den anderen Kommentatoren schon fast alles gesagt. Bei den ernsthaft in Erwägung gezogenen atomaren Antrieben gab es den Orion-Ansatz (man wirft Atombomben hinter das Raumschiff), und NERVA (die Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application), bei der Wasserstoff durch einen heißen Kernreaktor fließt und dadurch expandiert wird. NERVA war tatsächlich im Teststadium - und die Stardust, mit der Perry Rhodan (fiktional) 1971 zum Mond flog, hatte so einen Antrieb in den oberen Stufen. Und nur da, weil das Stahlmedium radioaktiv wurde. Und natürlich wäre auch so ein aktiver Reaktor beim Absturz eine Umweltkatastrophe. Der beste Ansatz ist vermutlich tatsächlich ein Antrieb mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff. Der war im Shuttle eingesetzt, und auch als Hauptantrieb der Ariane 5. Weil das aber schwerer zu handhaben ist, haben die alle noch Feststoffbooster dazubekommen, und die sind sehr dreckig. Aber das ist "nur" ein Engineering-Problem, kein grundsätzliches.

glitsch

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bei der Studie zu Satelitteninternet fehlen die nicht gesicherten Daten der Chinesen! Wahrscheinlich kommen da nochmals 13000 Satelitten dazu! Russland und teilweise China starten ihre Raketen nicht an Küsten! In China dürfen die Leute die herabgestürzten Teile einsammeln uns als teuren Schrott verkaufen! Es gibt ein Abkommen das neu gestartete Satelitten nach Ende ihrer Verwendungsdauer entweder in einen Friedhofsorbit (wo sie nicht stören) oder in einen tiefen, bei dem sie in absehbarer Zeit verglühen, gebracht werden müssen! Da ist der Friedhof wahrscheinlich besser, als das Zeug in der Atmosphäre! Eine interesannte Idee wäre es, sie alle auf eine sehr nahe Bahn zu bringen wo sie sich zusammenklumpen und, leider erst nach sehr langer Zeit, einen künslichen Asteroiden bilden!

Alderamin

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Danke für den Podcast! Da Ihr nach Kommentaren gefragt habt: ;-) Ad Nuklearantrieb: die NASA hat sich damit in den 50er-70er Jahren eine Weile beschäftigt, das würde tatsächlich funktionieren. Es gab Tests in Nevada, die eigentlich ganz vielversprechend waren. Aber natürlich hat man Risiken wie bei allen Kernreaktoren, und so eine Rakete möchte man möglichst nicht nach dem Start explodieren sehen, was Raketen leider öfters tun, öfter als gewöhnliche Atomkraftwerke. Ist nicht wirklich die Technik, auf die wir alle gewartet haben. Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_thermal_rocket Ad klimaneutrale Alternativen: mich wundert, dass überhaupt nicht über Wasserstoff und Methan gesprochen wurde. Wasserstoff hat den höchsten spezifischen Impuls aller chemischen Raketentreibstoffe (Ionenantriebe haben allerdings noch viel mehr). Das heißt, pro kg Treibstoff erhält man den meisten Vortrieb. Einziges Problem ist, dass man ihn flüssig halten muss, d.h. er muss kurz nach dem Betanken verbraucht werden, sonst erwärmt er sich und baut Druck auf, den die Rakete nicht aushält, deswegen dampfen die immer so (man lässt das Gas ab; wenn's kein Wasserstoff ist, dann den Sauerstoff). Wasserstofftriebwerke sind schon lange im Einsatz. Die Oberstufen der Saturn-Rakete flogen mit Wasserstoff. Das Space-Shuttle flog mit Wasserstoff-Sauerstoff (benötigte aber zugegebenermaßen zusätzliche Feststoffraketen, um mit vollem Tank überhaupt abheben zu können). Der New Shepard von Jeff Bezos New Origin fliegt mit Wasserstoff. Derzeit wird Wasserstoff überwiegend aus Erdgas hergestellt, aber eine Produktion per Elektrolyse ist möglich, verfügbar, nur eben teuerer als der "graue Wasserstoff". Das Starship von SpaceX wird mit Methan fliegen. Methan kann ebenfalls nachhaltig aus CO2 und Wasser synthetisiert werden, so will Musk auf dem Mars Treibstoff für den Rückflug herstellen. Methan muss bei der Lagerung nicht so stark gekühlt werden, daher ist das der praktikablere Treibstoff für solche Missionen. https://www.popularmechanics.com/science/green-tech/a39353989/green-hydrogen-plant-could-fuel-spacex-rockets/ Ad geostationäre Satelliten (ich habe übrigens über Satellitenkommunikation promoviert): die Ping-Zeit zur geostationären Bahn beträgt 0,27 s, die längeren Verzögerungen entstehen in Pufferspeichern im terrestrischen Netz, um variable Datenraten ohne Gesprächsunterbrechung abfangen zu können (dasselbe Prinzip, mit dem man mit Hilfe von Talsperren den variablen Zufluss eines Bachs in einen stetigen Abfluss verwandeln kann). Solche Verzögerungen hat man beispielsweise auch beim Internetradio gegenüber DAB und DAB gegenüber analogem UKW. Die geostationäre Bahn taugt deswegen nicht für das Internet, weil man große Antennen braucht, um die ca. 100x größere Entfernung (10.000x schwächere Signalstärke) zu überwinden, das würde die Endgeräte unhandlich machen oder die Datenrate stark beschränken. Die Polargebiete werden von der geostationären Bahn aus nicht ausgeleuchtet und die Bahn ist schon ziemlich voll - wenn man hunderttausende oder Millionen Teilnehmer versorgen möchte, braucht es schon deshalb zahlreiche Satelliten, für die dort kein Platz ist. Heute schon sind genug Starlink-Satelliten in der Umlaufbahn, dass jederzeit mehrere am Himmel in Reichweite sind. Es werden deswegen noch viele weitere gestartet, um eine hohe Kapazität zu erreichen, damit viele Teilnehmer gleichzeitig auf das Netz zugreifen können, ohne sich gegenseitig zu blockieren. Das sind die Gründe für die Megakonstellationen in der niedrigen Umlaufbahn. Freue mich auf die 100. Folge. Habe alle gehört. Toll, dass Ihr so eine Ausdauer habt!

Christoph

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Lieber Florian, soweit ich weis, waren die diversen Nuklearantriebskobzepte der 50er Jahre im wesentlichen Atombomben die hinter einem Raumschiff explodieren sollten. Trotz der damaligen Atombombeneuphorie hat man die schon damals auch eher für den interplanetaren Verkehr ausserhslb der Athmosphäre eingeplant. Die "Kanonen-Idee" funktioniert soweit ich weiß auf der Erde eher nicht, weil man das Zeug das man hochschießen will, so stark beschleunigen müsste, dass nach dem ganzen Reibungsverlust in der Atmosphäre noch die orbitalgeschwindigkeit übrig bleibt. Dann würde das gute Stück vermutlich stark angebrannt im Orbit ankommen. Auf dem Mond wiederum würde das Konzept aber problemlos funktionieren. Für unser alle Lieblingsmilliardär sollte das kein ernster Hinderungsgrund sein Phase 2 und 3 seines Starlinks dort zu produzieren und zu starten, schon allein um einen guten (?) Grund für eine Mond Basis zu haben ;-)

grv0815

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Ist das Problem der Grenze zwischen Weltraum und Luftraum nicht eher ein rechtliches statt physikalisches Problem, ein Relikt des Kalten Krieges? Immerhin ist die militärische Nutzung des Weltraums durch den sogn. Weltraumvertrag – offizieller Langtitel: Vertrag über die Grundsätze zur Regelung der Tätigkeiten von Staaten bei der Erforschung und Nutzung des Weltraums einschließlich des Mondes und anderer Himmelskörper – seit 1967 geregelt und dies hatte durchaus Auswirkungen auf das SDI Projekt, also auf Reagans Star Wars Phantasie der 80'er Jahre. Bzw. begann der Weltraum in der UdSSR deshalb nicht schon erheblich früher bei 90 km? Als Alternative zu Raketen waren auch mal elektrische Linearmotoren – ähnlich dem Antrieb von Magnetschwebebahnen – zur Beschleunigung von Geschossen angedacht. Zu diesem Thema ist es sehr still geworden. Zu atomar betriebenen Raketen fällt mir vor allem das nukleare Pulstriebwerk des amerikanischen Orion-Projekts (1957-1965) der ARPA ein. Dabei sollten hinter einem sehr, sehr robustem Raumschiff Atombomben für die Beschleunigung sorgen. Womit sich der Kreis zum Internet – als Nachfahre des ARPA-Net – wieder geschlossen hat.

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