Space Elevator

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #300 am: 02. Dezember 2009, 16:14:36 »
Wie wäre es mit Dämpfungselementen all 100km, oder generell ein hohe Dämpfung im Material, evtl. durch passende "Verwebung" der Fasern? Ich bin mir aber gerade unsicher, wie gut man Dämpfung mit hoher Steifigkeit kombinieren kann ...

Bei der großen Länge sind unheimliche viele Vielfache der Grundschwingung der "Saite" möglich, so dass man die Anregung dieser Oberwellen nicht wirklich wird verhindern können.

Am sinnvollsten erscheint immer noch, das ganze Konstrukt so zu "stimmen", dass man die Eigenfreqzenz und ihre ersten Vielfachen nicht trifft bzw. vermeidet.  Die (kaum vermeidbaren) Anregung durch die vielen hochfrequenten Vielfachen kann man durch Dämpfung in diesen Frequenzen abbauen, wenn man ihre Anregung schon nicht vermeiden kann.


Sorry, habe noch mal erheblich editiert
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Offline trallala

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Re: Space Elevator
« Antwort #301 am: 02. Dezember 2009, 16:22:32 »
Dämpfer die dann die Energie in irgendwas umwandeln? Üblicherweise Wärme ...
Naja, aber dann muss das Seil noch stabiler sein, weil die Dämpfer ja sicher einiges wiegen werden.

Falls nur Schwingungen in einem engen Frequenzbereich auftreten kann man Schwingungstilger verwenden
(http://de.wikipedia.org/wiki/Schwingungstilger).

Wenn das Seil selber sehr dämpfende Eigenschaften hat (durch innere Reibung) dann muss man sich aber auch mal über den Thermalhaushalt des Seils gedanken machen. Da kommt einiges an Energie zusammen...

Auch editiert ;)

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #302 am: 02. Dezember 2009, 16:32:44 »
Die Dimensionen sind schon gewaltig, aber ohne Dämpfung wird es nicht gehen. Immerhin hat so eine riesige Struktur auch viel Wärmekapazität und Oberfläche zur Abstrahlung.

Bzgl. der Grundwelle und den Oberwellen sollte man beachten, dass in einem Leistungsdichtespektrum die Grundwelle den Löwenanteil an Leistung hat, die Oberwellen bekommen immer weniger mit. Das fällt mit steigender Frequenz rapide ab. Wenn man jetzt also die Grundwelle (und ihre ersten Vielfachen) vermeidet und nur noch mit den Oberwellen zu "kämpfen" hat, entfällt schon der Löwenteil der zu dämpfenden Leistung aus der Rechnung.
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Offline Pham

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Re: Space Elevator
« Antwort #303 am: 02. Dezember 2009, 16:44:29 »
Die Schwingung wird keine laufende Welle sein. Wie sollte diese auch dabei entstehen?
[...]
Diese 4Tage sind dann auch die anregende Frequenz eienr STEHENDEN WELLE. Der Vergleich mit der Gittarenseite passt da ser gut, da das Seil so auch am Boden und im geostationären Orbit "festgemacht" ist, schwingt das Seil stehend zwischen diesen Punkten.
Wenn das Seil insgesamt also keine Eigenfrequenz in dieser Größenordnung hat, haben Schwingungseffekte aufgrund der Fahrzeuge keinen Einfluss. Hätten sie es doch, dann muss "einfach" die Aufstiegsgeschwindigkeit der fahrzeuge verändert werden.

Von diesen Standpunkten aus sehe ich so ein Seil recht unproblematisch, auch hinsichtlich der tektonischen Aktivitäten.

Das Seil wird ganz erheblich schwingen! Es gibt doch noch viel mehr Einflüsse auf das Seil als die langsame kleine Kapsel. Nehmen wir doch zum Beispiel mal den Wind im unteren Bereich. Der wird schön ungregelmäßig und stark pusten und bei der recht ordentlichen Breite des Seils ordentlich Schwingungen anregen. Wind bringt ja selbst Hochhäuser zum schwanken...

Bei der Länge des Seils darf man auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen nicht so vernachlässigen wie bei einer Gitarrensaite. Die Wellen laufen da ewig bis sie mal wo ankommen und da können sich schnell mal zwei Wellenberge addieren.
Der Schwingungsaspekt ist meiner Meinung nach also gar nicht unkritisch sondern neben der Zugfestigkeit des Seils eines der Hauptprobleme.

laufende Wellen sind grundsätzlich nicht ein derartiges Problem sofern sie keine harmonischen der Eigenfrequenz sind.
Und als Folge von atmosphärischen Störungen halte ich für dies für völlig unproblematisch:

Das Seil ist bis zum "Fixpunkt" (im geostationäen orbit, wo der Zug des Seilabschnitts darüber quasi das Gegengewicht bildet) 36.000 Kilometer lang.
Der Atmosphäre ist das Seil auf den ersten 10Kilometern ausgesetzt, also in Nähe des unteren Fixpunktes.

Zur Gesamtmasse des Seils ist die Animation extrem gering.
Im Vergleich mit der obigen Gitarrensaite ist wie das Sandkorn.
Dies kann vielleicht wirklich einen Ton hervorrufen, wenn es an der Mitte der frei schwingenden Saite angreift.
Aber im dem Vergleich ist das so, als wenn das Sandkorn auf den ersten 0,3 Millimeter der 1 Meter langen Saite angreift.
Da müsste man schon verdammt fest zupfen um direkt dort, wo die Gitarrensaite eingespannt ist einen Ton zu entlocken.

Man darf sich das ganz nicht so vorstellen wie ein loses Stück Seil, dass man ins Wasser hält und dann von den Wellen bewegt wird.
Klimatische Einflüsse selbst bei heftigen tropischen Stürmen sind im Vergleich wie der Versuch ein Hochhaus zum Einsturz zu bringen, in dem man man Fundament mit dem Gummihammer drauf haut. Selbnst wenn da tausend Leute mit Gummihammer stehen, werden sie keinen Effekt haben.
Das mag anders sein, wenn sie in Resonanz abgestimmt am Dach seitlich drauf hauen!
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Offline Pham

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Re: Space Elevator
« Antwort #304 am: 02. Dezember 2009, 16:52:04 »
Ich überlege gerade wie solche Dämpfungselemente aussehen sollen.
Ich kenne diese von zum Beispiel Ölbohrstationen, bei denen die Träger auf halber Höhe mit einander verbudenn sind, damit nicht jedes Bein einzeln zum Beispiel durch Wellen in Resonanz kommen kann.
Das funktioniert dadurch, dass diese auch horizontal Abstand haben und so die Scherung dämpft.
Das funktionerit bei einem Seil dieser länge nicht, da die Verhältnisse der Größenordnungen zu extrem sind:
Selbst wenn ich alle paar hundert Kilometer die einzelnen Elemente der Seile, die ansonsten hundert Meter auseinander sind, verknüpfe, dann dämpfe ich eventuell genen eine bestimmt Resonanz .. um mir eine neue im Frequenzband dicht danaben liegende neu zu erschaffen.
Das ist vergleichsweise wie zwei Gitarrensaiten parallel zusammen zu knüpfen. Was bekomme ich? Eine neue Saite mit anderem Ton.

*grübel*
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Offline trallala

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Re: Space Elevator
« Antwort #305 am: 02. Dezember 2009, 17:02:12 »
Es gibt doch da schon schöne Systeme für Schwingungstilger und Schwingungsdämpfer. Wikipedia ist da ein guter Einstiegspunkt.

In Hochhäusern werden gerne große Pendel verwendet und in hohen Funkmasten Zylinder die mit Granulat gefüllt sind um die windinduzierten Schwingungen aufzunehmen.

Re: Space Elevator
« Antwort #306 am: 02. Dezember 2009, 19:23:52 »
... Dimensionen sind das ... !?

Mein "Kleingeist" läßt mir einfach keine Ruhe, ich muß diese Frage mal loswerden:

Die Erde dreht sich doch ... wenn daran nun ein "Seil" mit 100.000 Km
Länge angezwirbelt ist, wie schnell jagt dann das andere Ende durchs All?

Denkfehler?    :-[

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Offline Pham

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Re: Space Elevator
« Antwort #307 am: 02. Dezember 2009, 20:03:01 »
Bahngesdhwindigkeit überschlägig:

100.000km Länge + Erdradius = 106.730 km

Bahnlänge = 106.730km * PI = 335.300 km

Das in in 24 Stunden, daraus ergibt sich
335.300 km / 24h = 13.970 km/h

z.z., aber weniger wie man eventeull gefühlt erwarten würde   ;)
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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #308 am: 02. Dezember 2009, 20:19:12 »
[tex]u= 2 \pi r[/tex]    Also das Doppelte ;)

Das hatte Meagan vor einer Seite auch schon mal überschlagen.
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Re: Space Elevator
« Antwort #309 am: 02. Dezember 2009, 20:30:11 »
sorry, überlesen.
Hab wohl im falschen Unterforum auf "Alles gelesen" geklickt
und ihren Post so dann nicht als "Neuen Beitrag" gesehen.

Ist aber trotzdem weniger als ich "gefühlt" erwartet hätte  ;)

Danke.

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #310 am: 02. Dezember 2009, 20:35:26 »
Machen wir es mal genau mit den (richtigen ;)) Daten:

Erdradius am Erdäquator: R=6378km
siderischer Tag: T=23:56:04 = 86164s

Für den Umlauf auf 100000km ergibt das dann:
[tex]\frac{2*\pi*106378km}{86164s}=7.757 km/s[/tex]

Die Fluchtgeschwindigkeit da oben ist übrigens:
[tex]v_{_2}=\sqrt{\frac{2GM}{R}}=2.7378 km/s[/tex]

Damit  ergäbe sich eine ordentliche Zugspannung auf den Turm, immerhin möchte der obere Abschnitt ins Sonnensystem davonfliegen ...
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runner02

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Re: Space Elevator
« Antwort #311 am: 02. Dezember 2009, 20:41:48 »
Im Geostationären Orbit:

v= Wurzel (G*M/R) = Wurzel [6,6*10^-11 * 5,794*10^24 / (6378.000+36.000.000)]

Ich glaube es waren rund 3.600m/sek

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #312 am: 02. Dezember 2009, 21:06:40 »
Um es noch etwas prickelnder zu machen, habe ich noch etwas weiter überschlagen. Wann sind bei diesem Konstrukt (erzwungene) Umlaufgeschwindigkeit und Fluchtgeschwindigkeit gleich?

[tex]\frac{2\pi R}{T} = \sqrt{\frac{2GM}{R}}[/tex]

ergibt: [tex]R=53127km[/tex]

Wenn man den Erdradius noch abzieht: [tex]h=R-6378km=46750km[/tex]

Alles jenseits von 46750km Höhe möchte uns verlassen ...
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klausd

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Re: Space Elevator
« Antwort #313 am: 02. Dezember 2009, 21:55:13 »
Alles jenseits von 46750km Höhe möchte uns verlassen ...

Unser Mond schwirrt dafür aber relativ stabil um die Erde. Da muss es ja nochwas geben. Oder?

(die paar cm im Jahr, die sich der Mond entfernt können's ja nicht sein)

Gruß, Klaus

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #314 am: 02. Dezember 2009, 21:58:13 »
Der wird ja auch nicht auf eine 24h 23:56:04-Bahn gezwungen ...  ;)
« Letzte Änderung: 03. Dezember 2009, 10:03:05 von Schillrich »
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Offline Pham

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Re: Space Elevator
« Antwort #315 am: 03. Dezember 2009, 09:59:54 »
[tex]u= 2 \pi r[/tex]    Also das Doppelte ;)

Das hatte Meagan vor einer Seite auch schon mal überschlagen.
Ops!  :-[
Rüschdüsch .. so schnell kanns gehen, wenn man sowas quasi "schnell nebenbei" blubbert!
*schäm*
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Offline Meagan

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Re: Space Elevator
« Antwort #316 am: 03. Dezember 2009, 11:10:10 »
Ich habe die 3min 56sek. mal einfach unterschlagen. Wichtig sind sie natürlich trotzdem. ;D

Da wir aber gerade bei Zahlen sind, wie wäre es damit:

Das Seil hat angenommen 10m Durchmesser, bei einer Länge von 100.000.000 m. Das macht mal locker ein Läge/Durchmesserverhältnis von 10.000.000 zu 1.

Mal anders ausgedrückt, wenn ich eines meiner bezaubernden Haare nehme (Durchmesser ca 0,1 mm), so müßte das im gleichen Verhältnis 1.000.000mm = 1000m = 1km lang sein.  8)

So. Nun wollen einige hier Schwingungsdämpfer , wie in einen Brückenpfeiler einbauen. Kein Pilon auf dieser Welt hat auch nur annähernd ein solches Länge/Breite Verhältnis. Solche Schwingungsdämpfer sind hier nicht machbar.

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #317 am: 03. Dezember 2009, 11:26:42 »
Bzgl. der "zusätzlichen" Länge/Masse jenseits des GSO.

Die Idee ist ja, dass man damit den Schwerpunkt des ganzen Konstrukts auf dem GSO hält. Daher kann man entweder ein langes "Seil" nach außen bauen, oder eine große, kompakte Masse bereits "kurz" jenseits des GSO anbringen.

Ich denke, ein "überlanges Seil" jenseits des GSO lässt sich nur bedingt zum Absetzen von Nutzlasten nutzen. Der primäre Abschnitt des Elevators zwischen Oberfläche und GSO wird ja dadurch lagestabil und steif, weil er am Boden fest und am GSO durch die große, träge Gegenmasse verankert ist. Fährt man aber über den GSO hinaus und nähert sich dem Ende des Seils "jenseits" des GSO, desto weniger träge Masse liegt noch vor einem. Dadurch wird dieser Bereich immer anfälliger für Störungen/Anregungen durch eine Nutzlast.

Aber gleichzeitig haben wir ja oben auch gesehen, dass schon ab 46750km (Erd-)Fluchtgeschwindigkeit erreicht wird. Viel höher muss Nutzlast sinnigerweise gar nicht fahren.
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Offline Meagan

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Re: Space Elevator
« Antwort #318 am: 03. Dezember 2009, 12:33:35 »
Also wie ein Haar mit 500m Länge. Das erzeugt natürlich viel mehr Stabilität.  ;)

Bleibt man nahe am Fluchtgeschwindigkeitspunkt ist die Gefahr eines Absturzes exorbitant höher.

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Offline Pham

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Re: Space Elevator
« Antwort #319 am: 03. Dezember 2009, 12:53:19 »
...

Bleibt man nahe am Fluchtgeschwindigkeitspunkt ist die Gefahr eines Absturzes exorbitant höher.
Diesen Satz verstehe ich nicht, weder für sich, noch im Zusammenhang.
Müssten wir allein dem gesunden Menschenverstand vertrauen, so wäre die Welt noch immer eine Scheibe.

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Offline Meagan

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Re: Space Elevator
« Antwort #320 am: 03. Dezember 2009, 12:59:09 »
Zitat
Diesen Satz verstehe ich nicht, weder für sich, noch im Zusammenhang.


Wenn Du unten am Seil etwas zu stark ziehst, kommt die Kopfstation runter und fällt Dir auf den Kopf. (Kopf - Kopfstation; erstaunliche Wortkombination) ;)

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #321 am: 03. Dezember 2009, 13:11:11 »
Tut sie nicht, sie fällt nicht runter.
Wenn ich einen Satelliten in seinem Orbit nach "innen" schubse, kommt er auch nicht runter, sondern kommt sogar wieder zurück und "eiert" dann periodisch.  Es kommt nichts runter, weil man durch so eine Störung weder bremst noch beschleunigt.
Der Elevator befindet sich auch auf einem Orbit, im GSO.


Als Beispiel verweise ich mal hier auf eine Rechnung und das erste Bild, das zeigt, was mit einem Teil passiert, wenn man es auf seinem Orbit etwas noch oben oder unten stößt:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=4442.0
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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #322 am: 03. Dezember 2009, 13:25:56 »
Also wie ein Haar mit 500m Länge. Das erzeugt natürlich viel mehr Stabilität.  ;)

Bleibt man nahe am Fluchtgeschwindigkeitspunkt ist die Gefahr eines Absturzes exorbitant höher.

Hallo Meagan ....

Die Steifigkeit kommt durch die Dynamik, u.a. durch die Vorspannung durch Zugkräfte der Gegenmasse und die gewaltige Trägheit einer solchen Anlage, nicht nur aus der Struktur selbst.

Oder um beim Haar zu bleiben:
Der Elevator ist ein langes Haar, an dessen Ende eine schwere Kugel befestigt ist und der Kopf rotiert so schnell, dass sich das ganze Konstrukt ordentlich spannt. Ein Haar unter dieser Vorspannung verformst du auch nicht mehr durch einen Lufthauch, oder ein Staubkorn.
« Letzte Änderung: 03. Dezember 2009, 16:03:04 von Schillrich »
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Offline Meagan

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Re: Space Elevator
« Antwort #323 am: 04. Dezember 2009, 12:38:57 »
Die Saite einer Gitarre kann man spannen, bis sie reißt. Aber auch kurz bevor sie reißt gibt sie noch Töne von sich.

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #324 am: 04. Dezember 2009, 13:01:22 »
Was ist das für ein Argument ... wo ist eine Schlussfolgerung ... was bedeutet das ????

(Mein Auto verbraucht Benzin, bis ich es aus mache ... ::) )


Niemand hat gesagt, dass ein Elevator kein schwingfähiges System ist, aber wir haben gut dargestellt, dass es beherrschbar erscheint oder zumindest keinen grundlegenden "Showstopper" darstellt. V.a. sind die Größenordnung eben nicht die "anzupfende Hand an einer Gitarrensaite" (wenn wir schon weiter mit Analogie argumentieren müssen), sondern eher ein Staubteilchen oder kleines Sandkorn an einer langen langen langen Saite. Die Hängebrücke hier über den Rhein schwingt auch, die Struktur einer Rakete oder eines Flugzeugs auch, und der Wolkenkratzer am Horizont ebenso. Ja und? Es ist beherrschbar. Man kann Maschinen so bauen, dass man ihr Verhalten versteht und beherrscht.
« Letzte Änderung: 04. Dezember 2009, 15:10:18 von Schillrich »
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