Driven by innovation and cost reductions, the space industry is experiencing rapid growth. The proliferation of human-made objects launched into Earth orbits presents significant environmental challenges. If not properly addressed, continued growth at the current rate could lead to negative impacts both in space and on Earth.

The space industry has begun exploring sustainable practices, though most efforts focus on addressing issues that are related to the space environment. This neglects the impact on Earth and its atmosphere. Progress has been made in reuse of rocket bodies, however the benefits of satellite reuse remain largely disregarded. For example, the environmental impact of satellite constellations that are currently designed with large amounts of single use satellites, is still underexplored.

This underscores the critical research gap in understanding the fast-growing space industry’s impact on the environment and advancing knowledge related to satellite reuse. Therefore, the objective of this thesis is to explore satellite reuse and its contribution to space sustainability. The research starts by exploring how the fast-growing space industry impacts the environment and then examines if satellite reuse could help mitigate this impact. It ends with asking why satellite reuse is not yet widespread.

The research in this thesis employs a mixed-method approach, starting with industry expert interviews to gain insight into the current state of practice for satellite reuse. Building upon these interviews, two scoping studies were conducted to further the understanding on how satellite reuse could be achieved.

The findings emphasize the importance for the space industry to initiate an industrial transformation and develop sustainability-driven innovation rather than having a focus on mostly commercial gains. The absence of necessary practices and technologies for satellite reuse have been identified in three critical building blocks: (1) reverse logistics systems to retrieve and process satellites for reuse, (2) design practices that enable reuse, and (3) business models that ensure financial viability. Focusing on these three areas can advance sustainable practices in the space industry and could contribute to the mitigation of its negative environmental impact. The presented findings can provide valuable insights for policymakers and industry stakeholders, to rethink practices and to prioritize sustainability in space activities.

Drivet av innovation och minskade kostnader upplever rymdindustrin en snabb tillväxt. Den ökande spridningen av mänskligt skapade objekt i omloppsbanor runt jorden medför betydande miljöutmaningar. Om detta inte hanteras kan den fortsatta tillväxten medföra betydande negativ miljöpåverkan, både i rymden och på jorden.

Rymdindustrin har börjat arbeta med hållbarhet, men mestadels fokuseras frågor kopplade till rymdmiljön. Det innebär att miljömässig påverkan på jorden och atmosfären i stort sett bortses ifrån. Framsteg har gjorts inom återanvändning av raketdelar, men fördelarna med att återanvända satelliter har till stor del ignorerats. Exempelvis är miljöpåverkan från satellitkonstellationer, som idag ofta designas med stora mängder engångssatelliter, fortfarande ett relativt outforskat område.

Detta framhäver ett kritiskt forskningsgap: en brist på förståelse för hur den snabbt växande rymdindustrin påverkar miljön och ett behov av fördjupad kunskap om återanvändning av satelliter. Syftet med denna avhandling är att utforska hur satellitåteranvändning kan bidra till rymdhållbarhet. Forskningen inleds med en undersökning av hur rymdindustrins tillväxt påverkar miljön och huruvida satellitåteranvändning kan mildra denna påverkan. Den avslutas med att undersöka varför återanvändning av satelliter ännu inte är utbrett.Studien använder en blandad forskningsmetodik, och inleddes med intervjuer av industriexperter för att få inblick om nuläget för satellitåteranvändning. Baserat på dessa intervjuer genomfördes två förstudier för att ytterligare förstå hur återanvändning av satelliter kan möjliggöras.

Resultaten betonar vikten av att rymdindustrin genomgår en industriell omvandling och utvecklar hållbarhetsdriven innovation, i stället för att enbart fokusera på kommersiella mål. Tre viktiga områden identifierades som avgörande för att möjliggöra återanvändning av satelliter: (1) returlogistiksystem för att samla in och bearbeta satelliter för återanvändning, (2) designpraktik som möjliggör återanvändning, och (3) affärsmodeller som säkerställer ekonomisk bärkraft. Genom att prioritera dessa områden kan rymdindustrin främja hållbara metoder och minska sin miljöpåverkan. Resultaten kan ge värdefulla insikter för beslutsfattare och industrins aktörer, med möjlighet att förändra praxis och prioritera hållbarhet i rymdaktiviteter.

Declining launch costs and accelerating innovation cycles are strong drivers of the rapid expansion of the space industry. While this growth enables significant societal and economic benefits, it also exposes the limitations of current design practices in which spacecraft are primarily built for single use. Increasing environmental impact and the proliferation of orbital debris undermine the long-term sustainability of space operations. Although Circular Economy (CE) based practices for extending resource use offer a promising pathway for sustainable industrial design, their implementation in the space industry remains fragmented and lacks systemic coordination. Current efforts focus largely on reusable launch vehicles, while the development of reusable satellites remains limited.

To address this, the thesis develops Design-for-Spacecraft-Reuse (DfSR) as a design concept for enabling circularity in space and advances it from an initial concept toward practical application, with satellites as the primary context. Methodologically, the research employs a qualitative, abductive approach grounded in systems thinking, socio-technical transition theory, and engineering design theory. The empirical foundation draws on expert interviews and case studies, complemented by literature-informed analysis that provides theoretical and contextual framing.

A central finding is that pathways for satellite reuse are conditioned by orbital context: different orbital regimes imply different reuse logics, each associated with distinct design and system-level requirements. The findings further show that a dominant focus on isolated technical solutions, such as reusable launch vehicles, contributes to fragmentation and limits the implementation of CE practices in the space industry. Across the findings, design emerges as the layer that integrates orbital context with system-level conditions, operationalized through DfSR.

The contributions of this thesis are threefold. First, it provides empirical insights into the factors driving fragmentation of CE practices in the space industry and their implications for coordinated implementation. Second, it offers a systems perspective on how conditions for circularity shape satellite reuse across different system levels. Third, it develops design support artifacts that operationalize DfSR for satellite reuse, including a conceptual framework that differentiates design requirements across orbital regimes, and a set of design considerations linking system-level conditions to early-stage satellite design decisions. Together, these contributions provide a foundation for embedding circularity and establishing reuse as a design principle in satellite development, thereby supporting the transition toward circularity in space, with transferable insights extending across the spacecraft category.

Sjunkande kostnader för raketuppskjutningar och allt snabbare innovationscykler är starka drivkrafter bakom rymdindustrins snabba expansion. Samtidigt som denna utveckling möjliggör betydande samhällelig och ekonomisk nytta, synliggör den också begränsningarna i dagens designpraktik där rymdfarkoster i huvudsak konstrueras för engångsanvändning. Den ökande miljöbelastningen och spridningen av rymdskrot utgör ett hot mot den långsiktiga hållbarheten i rymdverksamhet. Principer för cirkulär ekonomi (CE), som syftar till att förlänga resursanvändningen, erbjuder en möjlig väg mot en mer hållbar industriell design. Tillämpningen av dessa principer inom rymdindustrin är dock fragmenterad och saknar systemisk samordning. Insatser har i stor utsträckning fokuserat på återanvändbara uppskjutningssystem, medan utvecklingen av återanvändbara satelliter fortfarande är begränsad.

För att adressera detta utvecklar avhandlingen Design-for-Spacecraft-Reuse (DfSR) som ett designkoncept för att möjliggöra cirkularitet i rymden, och vidareutvecklar det från en initial idé mot praktisk tillämpning, med satelliter som huvudsaklig kontext. Metodologiskt bygger studien på en kvalitativ och abduktiv ansats, grundad i systemtänkande, forskning om socio-tekniska omställningar och ingenjörsvetenskaplig designteori. Den empiriska grunden utgörs av expertintervjuer och fallstudier, kompletterade med litteraturbaserad analys som ger teoretisk och kontextuell inramning.

Ett centralt resultat är att möjligheterna till återanvändning av satelliter är beroende av omloppskontexten: olika omloppsbanor (orbitala regimer) medför olika logiker för återanvändning, vilka i sin tur innebär skilda krav på design och systemnivå. Resultaten visar vidare att ett dominerande fokus på isolerade tekniska lösningar, såsom återanvändbara uppskjutningssystem, bidrar till fragmentering och begränsar implementeringen av cirkulära ekonomiprinciper i rymdindustrin. Sammantaget framträder design som den nivå där omloppskontext och systemvillkor integreras, vilket operationaliseras genom DfSR.

Avhandlingen ger tre huvudsakliga bidrag. För det första bidrar den med empiriska insikter i de faktorer som driver fragmentering av cirkulära ekonomipraktiker inom rymdindustrin och deras konsekvenser för samordnad implementering. För det andra erbjuder den ett systemperspektiv på hur förutsättningar för cirkularitet påverkar återanvändning av satelliter över olika systemnivåer. För det tredje utvecklar den designstöd som operationaliserar DfSR för satellitåteranvändning, inklusive ett konceptuellt ramverk som differentierar designkrav mellan olika omloppsbanor samt en uppsättning designöverväganden som kopplar systemnivåförutsättningar till tidiga designbeslut. Sammantaget utgör dessa bidrag en grund för att integrera cirkularitet och etablera återanvändning som designprincip i satellitutveckling, och stödjer därigenom omställningen mot cirkularitet i rymden, med överförbara insikter som sträcker sig över olika typer av rymdfarkoster.