Science-Fiction-Weltraumfilme können die Menschen nicht über den Weltraum aufklären. In den Filmen dirigieren schlagkräftige Piloten ihre duellierenden Raumschiffe durch den Weltraum, als würden sie durch eine Atmosphäre fliegen. Sie legen und drehen und führen Loopings und Rolls aus, vielleicht werfen sie schnell ein Immelman , als ob sie der Schwerkraft der Erde unterliegen. Ist das realistisch?
Nein.
In Wirklichkeit sieht eine Weltraumschlacht wahrscheinlich ganz anders aus. Ist es angesichts der zunehmenden Präsenz im Weltraum und des Potenzials für zukünftige Konflikte an der Zeit, darüber nachzudenken, wie eine tatsächliche Weltraumschlacht aussehen würde?
Die gemeinnützige Aerospace Corporation ist der Meinung, dass es an der Zeit ist, darüber nachzudenken, wie eine echte Weltraumschlacht aussehen würde. Dr. Rebecca Reesman vom Center for Space Policy and Strategy der Aerospace Corporation und ihr Kollege James R. Wilson haben einen Artikel zum Thema Weltraumschlachten verfasst. Sein Titel lautet „ Die Physik des Weltraumkriegs: Wie die Orbitaldynamik Raum-zu-Raum-Engagements einschränkt . '
Wenn vergangene menschliche Angelegenheiten auf die Zukunft hinweisen, wird die Militarisierung des Weltraums voranschreiten. Und das trotz der Rede davon, den Weltraum friedlich zu halten, und trotz Verträgen, die dasselbe sagen. Daher ist es wichtig, dass die Diskussion um den Weltraumkonflikt eine realistische Wendung nimmt, da immer mehr Nationen ihre Präsenz im Weltraum ausweiten und der Wettbewerb um Ressourcen Probleme zu verursachen beginnt.
Das machen die Autoren in der Einleitung zu ihrer Arbeit so. „Während die Vereinigten Staaten und die Welt über die Möglichkeit eines Konflikts diskutieren, der sich in den Weltraum erstreckt, ist es wichtig, ein allgemeines Verständnis dessen zu haben, was physikalisch möglich und praktisch ist. Szenen aus Star Wars, Büchern und Fernsehsendungen stellen eine Welt dar, die sich ganz von der unterscheidet, die wir angesichts der Gesetze der Physik in den nächsten 50 Jahren, wenn überhaupt, sehen werden.“
Es hat noch nie eine Schlacht im Weltraum gegeben. Aber es gab einige Waffentests. China ist an Anti-Satelliten-Waffen arbeiten und hat eine Anti-Satelliten-Rakete getestet. Indien auch. Russland arbeitet auch an Anti-Satelliten-Fähigkeiten, und die USA tun dasselbe. Die USA zerstörten tatsächlich einen von ihre eigenen Satelliten mit einer Rakete im Jahr 1985.
Ein F-15A Adler startete die ASM-135 während des letzten Tests im Jahr 1985, der den Satelliten Solwind P78-1 zerstörte. Bildnachweis: Von Paul E. Reynolds (USAF) – Ursprünglich heruntergeladen von http://www.losangeles.af.mil/SMC/HO/SNAPSHOTS%20IN%20SMC%20HISTORY.htmBild ist eine beschnittene Version davon: Bildseite( Bild-ID DF-SC-88-08413), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=227452
Dies ist wahrscheinlich nur die Spitze des Eisbergs, wenn es um zukünftige Konflikte im Weltraum geht. Keine dieser Anti-Satelliten-Aktivitäten beinhaltete Menschen, die in Raumfahrzeugen reisen, und laut dem Papier wird möglicherweise nie ein Bedarf an bemannten militärischen Raumfahrzeugen bestehen. „Die Raum-zu-Weltraum-Gefechte in einem modernen Konflikt würden ausschließlich mit unbemannten Fahrzeugen bekämpft, die von Bedienern am Boden gesteuert werden und stark durch die Grenzen der Physik der Bewegung im Weltraum eingeschränkt werden.“
In den frühen Tagen des Weltraumzeitalters, als der Kalte Krieg noch tobte, stellten sich die Supermächte vor, dass Konflikte im Weltraum weitgehend eine Erweiterung der irdischen Konflikte sein würden. Die Sowjets haben sogar entworfen Raumstationen mit einem Maschinengewehr bewaffnet, um sich gegen Angriffe amerikanischer Astronauten zu verteidigen. Die USA arbeiteten an ähnlichen Ideen.
Eine sowjetische Raumstation mit Almaz-Besatzung im Kosmonauten- und Luftfahrtzentrum in Moskau. Russland entwarf verschiedene Arten von Militärsatelliten und Raumstationen, einige davon mit Maschinengewehren bewaffnet, bevor es die Idee als zu teuer aufgab. Bildnachweis: Von Pulux11 – Eigene Arbeit, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=71718823
Der technologische Fortschritt führte jedoch dazu, dass diese Bemühungen zugunsten unbemannter Satelliten aufgegeben wurden. „Schließlich sind beide Programme ins Stocken geraten. Stattdessen,
Verbesserungen in Technologie und Datenübertragung – die gleichen Entwicklungen, die letztendlich unser modernes vernetztes Leben untermauern –
ermöglichten Satelliten, die dieselben militärischen Funktionen erfüllen, die für die früheren bemannten Programme vorgesehen waren.“ Jetzt wird der Weltraum von Satelliten dominiert, nur die ISS beherbergt Menschen.
Dem Papier zufolge wird dies die Zukunft sein. In den nächsten 50 Jahren werden alle Konflikte im Weltraum Angriffe auf Satelliten beinhalten. Aber nicht alles wird ein offener Angriff sein. Die Autoren skizzieren vier Ziele bei einem Weltraumangriff:
- Täuschen Sie einen Feind, sodass er auf eine Weise reagiert, die seinen Interessen schadet.
- Unterbrechen, verweigern oder schwächen Sie die Fähigkeit eines Feindes, eine Weltraumfähigkeit zu nutzen, entweder vorübergehend oder dauerhaft.
- Zerstöre eine weltraumbasierte Fähigkeit vollständig.
- Wehre einen Gegenangriff ab oder verteidige ihn, sei es im Weltraum oder auf der Erde.
Satelliten bewegen sich sehr vorhersehbar. Sie bewegen sich schnell, aber es ist in vielen Fällen relativ einfach, ihre zukünftige Position vorherzusagen und abzufangen. Einige Satelliten können ihre Umlaufbahnhöhe ändern, aber sie haben keine wirkliche Manövrierfähigkeit und fast keine Möglichkeit, einen Angriff zu vermeiden.
„Um zu beschreiben, wie die Physik den Weltraum-Weltraum-Einsatz einschränken würde, beschreibt dieses Papier fünf Schlüsselkonzepte: Satelliten bewegen sich schnell, Satelliten bewegen sich vorhersehbar, der Weltraum ist groß, Timing ist alles und Satelliten manövrieren langsam.“p
Der Flug durch die Erdatmosphäre ist nicht ganz einfach, aber ziemlich intuitiv. Aber im Weltraum ist es ganz anders und wird nicht genau als Flug bezeichnet. Ohne Atmosphäre und geringe Schwerkraft liegen die Dinge ganz anders. „Bewegungen im Weltraum widersprechen denen, die es gewohnt sind, in der Erdatmosphäre zu fliegen und aufzutanken“, schreiben die Autoren.
Weltraumschlachten werden wahrscheinlich zwischen Satelliten stattfinden, und Auftanken wird keine Option sein. In diesem Bild tankt eine F-16 von einem KC-135 Stratotanker aus. Bildnachweis: Von U.S. Air Force – Commons, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=88816208
„Weltraum-zu-Weltraum-Engagements wären absichtlich und entwickeln sich wahrscheinlich langsam, weil der Weltraum groß ist und Raumfahrzeuge nur mit großer Anstrengung ihren vorhersehbaren Pfaden entkommen können. Darüber hinaus würden Angriffe auf Weltraumressourcen Präzision erfordern, da Raumfahrzeuge und sogar bodengestützte Waffen Ziele im Weltraum nur angreifen können, nachdem komplexe Berechnungen in einem hochtechnisierten Bereich durchgeführt wurden.“ Es würde keinen Kader von Kampfpiloten in Bereitschaft geben, der darauf wartete, zu klettern und schnell zu starten. Stattdessen ist eine Weltraumschlacht mit Satelliten eher eine mathematische Übung.
„Das ist wahr, weil die Physik dem, was im Weltraum passiert, Beschränkungen auferlegt. Nur wenn man diese Einschränkungen meistert, können andere Fragen wie etwa wie man kämpft und vor allem wann und warum man einen Krieg im Weltraum führt, untersucht werden“, schreiben sie.
Die Umlaufbahn eines Satelliten ist aufgrund der Beziehung zwischen Geschwindigkeit, Höhe und der Form der Umlaufbahn vorhersehbar. In niedrigeren Höhen können Satelliten atmosphärischen Widerstand erfahren. Außerdem ist die Erde keine perfekte Kugel. Aber diese Faktoren können bei einem Angriff berücksichtigt werden. „Um von ihrer vorgeschriebenen Umlaufbahn abzuweichen, müssen Satelliten zum Manövrieren ein Triebwerk verwenden. Dies steht im Gegensatz zu Flugzeugen, die hauptsächlich Luft verwenden, um die Richtung zu ändern; das Vakuum des Weltraums bietet keine solche Option“, schreiben sie.
Satellitenumlaufbahnen sind vorhersehbar und hängen nicht von der Masse des Satelliten ab. Bildnachweis: Reesman und Wilson 2020.
Auch das schiere Raumvolumen spielt bei einer Weltraumschlacht eine Rolle. „Das Raumvolumen zwischen LEO und GEO beträgt etwa 200 Billionen Kubikkilometer (50 Billionen Kubikmeilen). Das ist 190-mal größer als das Volumen der Erde.“
Daher wird die genaue Verfolgung von Satelliten in diesem Raumvolumen eine ständige Herausforderung sein, da einige so konzipiert sind, dass sie unentdeckt bleiben. Aber das ist nicht unmöglich; Satelliten werden regelmäßig verfolgt. Und da sie nicht sehr manövrierfähig sind, können Monitore, sobald die Umlaufbahn eines Satelliten erkannt wurde, seine Flugbahn verfolgen.
Das schiere Raumvolumen bedeutet auch, dass die meisten Weltraumschlachten sehr kurzlebig wären. Es wird keine Luftkämpfe geben. „Der Weltraum ist groß, was bedeutet, dass ein Raum-zu-Raum-Engagement nicht sowohl intensiv als auch lang sein wird. Es kann nur das eine oder das andere sein: entweder ein kurzer, intensiver Einsatz von viel Delta V für große Wirkung oder langer, bewusster Einsatz von Delta V für kleinere oder anhaltende Effekte.“
Delta V ist eine Geschwindigkeitsänderung, die Treibstoff oder Treibmittel erfordert. Aber die meisten Satelliten haben nicht die Möglichkeit, ihre Geschwindigkeit zu ändern, und die wenigen, die es möglicherweise geben, sind stark eingeschränkt.
'Bediener eines Angriffssatelliten verbringen möglicherweise Wochen damit, einen Satelliten in eine Angriffsposition zu bringen, in der sich die Bedingungen geändert haben können, die die Notwendigkeit oder das Ziel des Angriffs ändern.' Und wenn der verteidigende Satellit seinen eigenen Weg als Reaktion auf einen Angriff nur geringfügig ändern kann, hat der angreifende Satellit möglicherweise nicht die Fähigkeit oder den Treibstoff, seinen eigenen Weg zu ändern, um ihn abzufangen.
Die Autoren weisen auch darauf hin, dass Timing alles ist. Auch wenn sich ein angreifender Satellit auf die gleiche Umlaufbahn wie sein Ziel ausrichten kann, gibt es dennoch keine Garantie für Nähe.
„Die Natur von Konflikten erfordert oft, dass sich zwei konkurrierende Waffensysteme nahe kommen“, heißt es in dem Bericht. Die Autoren verwenden das Beispiel eines Flugzeugträgers, der seinem Ziel nahe kommen muss, und eines anderen Düsenjägers, die ebenfalls nah beieinander sein müssen. Das gleiche gilt für Satelliten im Weltraum.
„Zwei Satelliten auf dieselbe Höhe und dasselbe Flugzeug zu bringen ist einfach (obwohl es zeit- und ?V-aufwendig ist), aber das bedeutet nicht, dass sie sich noch am selben Ort befinden. Die Phasenlage – die aktuelle Position entlang der Umlaufbahn – der beiden Satelliten muss ebenfalls gleich sein. Da Geschwindigkeit und Höhe miteinander verbunden sind, ist es nicht intuitiv, zwei Satelliten am selben Ort zu platzieren.“ Stattdessen braucht es perfektes Timing und sorgfältige Vorbereitung.
Satelliten ändern ihre Position in ihrer Umlaufbahn durch Phasenmanöver. Jedes Mal, wenn ein Satellit seine Umlaufbahn anhebt, verlangsamt er sich und scheint sich im Verhältnis zu seiner vorherigen Umlaufbahn und Höhe rückwärts zu bewegen. So kann ein Satellit zu einem anderen Satelliten „aufholen“. Bildnachweis: Reesman und Wilson 2020.
Die Autoren diskutieren auch eine andere Methode zur Annäherung an ein Ziel namens „ Flugzeugabgleich “ Ein Satellit manövriert sich selbst so, dass seine Orbitalebene auf ein Ziel ausgerichtet ist. Das hat den Vorteil, dass der Angreifer den Zeitpunkt des Angriffs bestimmen kann. „Indem ein Angreifer nicht sofort Drohmanöver einleitet, kann er versuchen, harmlos zu wirken, während er auf einen optimalen Angriffszeitpunkt wartet“, erklären die Autoren.
Aber keines dieser Manöver geschieht schnell. „Die Physik des Weltraums schreibt vor, dass kinetische Raum-zu-Weltraum-Gefechte mit Satelliten tage-, wenn nicht sogar wochen- oder monatelang manövriert werden müssen, um sich in Position zu bringen, um sinnvolle operative Auswirkungen zu haben“, schreiben sie. Aber es kann noch getan werden.
Und wenn die Überwachung einmal eingerichtet ist, „können viele Möglichkeiten“
aufstehen, um nahe genug zu manövrieren, um ein Ziel schnell zu bekämpfen.“
Es gibt natürliche Grenzen für das Manövrieren von Satelliten in LEO. Einerseits können einige Phasing-Manöver den Satelliten in die Erdatmosphäre schicken, wo er verbrannt wird. Andererseits könnte es zu weit weg von LEO in die Van-Allen-Gürtel geschickt werden. Es gibt also Einschränkungen bei der Manövrierfähigkeit eines Satelliten.
Wenn ein Satellit ein Vorwärtsphasenmanöver mit einem ersten Brennen von 115 m/s oder mehr von ?V durchführt, tritt er wieder in die Erdatmosphäre ein und verglüht. Wenn der Satellit ein Rückwärtsphasenmanöver mit einem ersten Brennen von 350 m/s oder mehr von &Dgr;V durchführt, wird er in ähnlicher Weise eine hohe Strahlung in den Van-Allen-Gürteln erfahren. Diese beiden Tatsachen schaffen natürliche Grenzen dafür, wie schnell ein Satellit in LEO (500 km oder 310 Meilen) manövrieren kann. Bildnachweis: Reesman und Wilson 2020.
Satelliten in geostationären Umlaufbahnen behalten die gleiche relative Position über der Erde bei, sodass einige der Angriffs- und Verteidigungsmechanismen unterschiedlich sind. Aber insgesamt gelten immer noch die gleichen Einschränkungen. Es braucht Zeit und Energie, um im Weltraum zu manövrieren, unabhängig von der Art der Umlaufbahn.
Überlegungen zu Umlaufbahn und Manövrierfähigkeit sind jedoch nur ein Teil dessen, was der Bericht anspricht.
Anschließend diskutieren die Autoren die möglichen Angriffsarten. Kollisionen, Projektile und elektronische Staus oder Störungen werden in dem Papier behandelt. Jeder Typ hat seine eigenen Überlegungen und Vorbereitungen.
Die Autoren diskutieren aber auch die Folgen einiger erfolgreicher Angriffe: Komplikationen durch Trümmer. Zusätzliche Trümmer könnten am Ende andere unbeabsichtigte Ziele beschädigen, wie die eigenen Satelliten des Angreifers oder die einer neutralen Nation. Es gab drei erfolgreiche Anti-Satelliten-Angriffe: einen von China, einen von den USA und Indien. Die Autoren erstellten eine Grafik, um die Trümmer von jedem einzelnen zu zeigen.
Die Dichte der Trümmer wird in verschiedenen Höhen als Funktion der Zeit verglichen, nachdem die ASAT den Zielsatelliten abgefangen (kontaktiert und zerstört) hat. Der chinesische Test fand in einer viel höheren Höhe (856 km oder 532 Meilen) als die anderen beiden statt und erzeugte lang anhaltende Trümmer. Bildquelle: Reesman und Wilson, 2020.
Die Trümmerwolke eines Angriffs ist unmittelbar nach dem Angriff dichter und breitet sich schnell aus. Auch wenn die Schuttdichte schnell abnimmt, verteilt sich der Schutt über eine größere Fläche und ist immer noch gefährlich.
Dieses Bild zeigt die Trümmerwolke des indischen ASAT im Jahr 2019. Die Tafeln zeigen die Wolke 5 Min., 45 Min., 90 Min., 1 Tag, 2 Tage, 3 Tage und 6 Tage nach dem Angriff. Bildnachweis: Reesman und Wilson 2020.
Das Papier ist eine klare Darstellung aller Schwierigkeiten bei Weltraumschlachten und wie sehr sie sich von Luft-Luft-Schlachten unterscheiden würden. Aber einige andere Überlegungen, die immer noch wichtig sind, liegen außerhalb seines Rahmens.
Was passiert, wenn eine Nation davon ausgeht, dass ihre Satelliten im Begriff sind, angegriffen zu werden? Sie werden nicht auf ihren Daumen sitzen. Sie werden wahrscheinlich hier auf der Erde anprangern, drohen und sich sogar rächen. Ein Weltraumangriff könnte ein Brennpunkt für einen weiteren terrestrischen Krieg werden.
Es könnte zu einem Wettrüsten im Weltraum kommen, bei dem Nationen darum konkurrieren, sich gegenseitig für Weltraumwaffen und andere Technologie zu übertreffen. Das ist eine enorme Ressourcenbelastung für eine Welt, die sich darauf konzentrieren sollte, den Herausforderungen des Klimawandels zu begegnen.
Und wo endet das Ganze? Krieg im Orbit? Krieg auf dem Mond? Krieg auf dem Mars? Wann wird die Menschheit es herausfinden und einfach aufhören?
Eines Tages wird es vielleicht einen letzten Krieg geben, bevor wir alles aufgeben. Aber das wird wahrscheinlich in den nächsten 50 Jahren nicht der Fall sein.
Und wenn es in den nächsten 50 Jahren oder so einen Krieg gibt, kann es um Satelliten gehen, und es könnte sehr ähnlich aussehen, wie die Autoren dieses Berichts es dargestellt haben: langsam, kalkuliert und überlegt.
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