Space Elevator

Da hier nun alle von der Machbarkeit des ominösen Seilprojektes überzeugt sind, interessiert mich noch eine kleine , fast unbedeutende Kleinigkeit: Wie soll das Ding eigentlich gebaut werden ?

Einen so hohen Kran wird wohl kein Bauunternehmer in der Tasche haben. Ein solches Seil in den Orbit zu transportieren wird wohl an die Grenzen des Machbaren stoßen.

Unterseekabel, die durch den Atlantik verlegt wurden benötigten ein riesiges Schiff um für das Verladen gelagert zu werden. Die Länge betrug auch nur gerade mal 8000km.

Ich könnte mir aber gut vorstellen, daß ein indischer Fakir beauftragt wird, den "schwebenden Seil-Trick" anzuwenden. 

Hallo Meagan,

es geht nicht darum, dass sich hier Befürworter und Gegner eines Space Elevator gegenüber stehen. Letzlich ging es bisher um die Dynamik so eines Seils.
Und diese dürfte nach Ansicht einiger Poster der unproblematischste Aspekt dieses Mammutprojekts sein.

Ein ganz anderes Thema ist noch, inwieweit überhaupt ein Material herstellbar ist (oder gar denkbar ist) dass diese Dimensionen mit Sicherheitsreserve bewältigen kann.
Das ist meines Erachtens der eigentliche Kasus Knacksus.

Und wenn man dieses Problem gelöst haben sollte und es ein Material gibt, dass die Anforderungen erfült (da ist man sehr weit weg von), DANN kann man sich Gedanken um die industrielle Herstellung machen.

Insofern denke ich, dass der einfachste Weg so ein Seil zu installieren der wäre, eine automatische Fabrik dieses Materials/Seils im GEO zu installieren, dass von dort das Seil produziert und sowohl abwärts als aufwärts "abrollt".
Daran allein sieht man, dass das Ganze kein Projekt ist, das innerhalb unserer Lebenszeit noch realisierbar wäre, selbst wenn morgen der Durchbruch geschähe und das nötige Material vorgestellt würde.

Wie gesagt, wir theoretisieren hier und diskutieren gerade um die Dynamik .. die scheint aber vergleichsweise problemlos.

Hallo Meagan,

unterstell doch nichts, nur weil deine Argumente kritisiert oder gar widerlegt werden.

Auch hier haben wir uns schon sehr kritisch zur Realisierbarkeit eines solchen Projekts geäußert. Material, Herstellung und Energieversorgung sind alles relevante Bereiche, in denen noch Durchbrüche erzielt werden müssen. Außerdem kann man auch darüber ordentlich diskutieren, ohne gleich wieder das Ganze mit Analogien ins Lächerliche ziehen zu müssen.

(Muss mir auch selbst manchmal an die Nase packen ...)

Wie soll das Ding eigentlich gebaut werden ?

Einen so hohen Kran wird wohl kein Bauunternehmer in der Tasche haben. Ein solches Seil in den Orbit zu transportieren wird wohl an die Grenzen des Machbaren stoßen.

Unterseekabel, die durch den Atlantik verlegt wurden benötigten ein riesiges Schiff um für das Verladen gelagert zu werden. Die Länge betrug auch nur gerade mal 8000km.

Es soll vom GEO ein ganz dünnes Seil herabgelassen werden und dann an diesem immer dickere Seile heraufgezogen werden.
Auf die gleiche Art sollen auch beschädigte Stränge ersetzt werden.
Wir hatten dazu mal ein sehr interessantes Paper weiter vorne hier in derm Thema.

Es soll vom GEO ein ganz dünnes Seil herabgelassen werden und dann an diesem immer dickere Seile heraufgezogen werden.
Auf die gleiche Art sollen auch beschädigte Stränge ersetzt werden.
Wir hatten dazu mal ein sehr interessantes Paper weiter vorne hier in derm Thema.

Bei einer solchen Länge muss das Seil aber überhaupt erst mal das eigene Gewicht tragen können. Es ist ja nicht so, als ob man zwei Flussufer, die 400m auseinander liegen verbinden will.

Ich glaube übrigens auch nicht, daß wir zu unseren Lebzeiten die Fertigstellung eines solchen Projektes noch erleben werden.

Bei einer solchen Länge muss das Seil aber überhaupt erst mal das eigene Gewicht tragen können. Es ist ja nicht so, als ob man zwei Flussufer, die 400m auseinander liegen verbinden will.

Genau das ist es, worum es bei der Forschung geht (und haben wir hier ja auch schon gesagt). Wegen des eigenen Gewichts, benötigt man bei der Größe eines Elevators ein neues Material mit einem hohen Verhältnis Zugfestigkeit zu Gewicht. Und das bezieht sich nicht nur auf das "Konstruktionsseil", sondern auf die gesamte Struktur des Elevators, denn alles hängt ja sprichwörtlich vom Himmel herab ...

Theoretisch kann man den Weltraumlift aus jedem Material bauen, dafür muss lediglich der Querschnitt des Seiles mit zunehmender Höhe ansteigen.

Theoretisch kann man den Weltraumlift aus jedem Material bauen, dafür muss lediglich der Querschnitt des Seiles mit zunehmender Höhe ansteigen.

So einfach ist das nicht. Hanfseile sind zwar leicht, würden aber mit den Wetterverhältnissen nicht klar kommen.

Keflarseile sind heute im Bezug auf Gewicht/Zugfestigkeit wohl das Maß der Dinge. Aber selbst das wird nicht reichen.

http://money.cnn.com/2009/12/07/smallbusiness/space_elevator.fsb/

http://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2009/12/08/AR2009120802582_3.html

Am 8. Dezember fand ein CNT-Strength Wettbewerb statt? Davon habe ich erst jetzt gelesen...

Auch in Deutschland wird an der Machbarkeit des Weltraumliftes geforscht. Eine Gruppe zwölf Studenten der Technischen Universität (TU) München arbeitet zur Zeit daran dass die Idee vom Weltraumaufzug etwas realistischer wird. Die Studenten gehören einem Projekt Names WARR (Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt), deren Mitglieder an verschiedenen Projekten in ihrer Freizeit arbeiten z.B. Raketenantriebe, Reisen zu anderen Sternen oder eben einen Lift ins All.

Hier der ganze Artikel von SPON:
http://www.spiegel.de/unispiegel/studium/0,1518,661521,00.html

Edit: habe gerade gesehen, das dies nicht ganz neu ist, Jerry hatte am 18. September schon was in der Richtung berichtet. Siehe hier
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=4649.msg117016#msg117016
Daher ist dies nur als Ergänzung zu sehen.  

Uhi, Uhi, Uhi, ich glaub hier fehlt ein grundlegendes Verständnis. Manche Aussagen sind wirklich abenteuerlich:

1.) "Wenn das Seil reißt, wickelt es sich um die Erde und alle sterben" (etwas überspitzt, ich weiß).
Also, nur das man mal die Dimension versteht: ab ca. 150km ist nix mehr mit Atmosphäre (sonst könnte die ISS niemals ihre Bahngeschwindigkeit halten). Wenn das Seil in 35000km Höhe reißt (ich nehme den worst case, also am GEO), dann beschleunigt es entsprechend und wird immer schneller (g ist unabhängig von der Masse, ein Hammer beschleunigt genauso schnell wie eine Feder), bis es auf die Atmosphäre trifft. Bei der Geschwindigkeit verglüht es einfach. Optimistisch betrachtet sind also nur die letzten 200km (die, die in der Atmosphäre schon sind) relevant. (nur bei angenommenen 20g/m ergeben sich 4 Tonnen, verteilt auf 200km). Also ein vollständig vernachlässigbares Risiko für Mensch und Erde (auf dem Mars/Mond könnte es wegen fehlender Atmosphäre anders aussehen).
Richtig ist, dass bei einem Riss das Gegengewicht beschleunigt. Dass ist also ein Problem was gelöst werden müsste...

2.) Es handelt sich bei dem "Space Elevator" nicht um einen klassischen Aufzug. Der Unterschied dazu ist, dass ein herkömmlicher Aufzug mit Hilfe eines Seiles nach oben GEZOGEN wird, d.h. das Seil bewegt sich. Beim Space Elevator jedoch muss die Gondel am Seil hinauffahren, d.h. das Seil bewegt sich nicht ein Stück (des Wegen auch die lustigen Wettkämpfe, weil das nämlich gar nicht so einfach umzusetzen ist. Man versucht hier erste Erfahrungen mit solch einer Art der Fortbewegung zu sammeln.). Dies ist insbesondere für die Geschwindigkeit wichtig. Es ist also eigentlich gar kein Aufzug, sondern ehr eine Strassenbahn  

3.) Finanziell: Die ISS kostet rund 100Mrd. Dollar, inklusive Bau. Noch Fragen? Wenn so ein Aufzug also 200Mrd kosten sollte, wäre das Volkswirtschaftlich ebenso tragbar. Die Frage ist, ob überhaupt eine Nachfrage nach so einem Aufzug da wäre. Nunja, stelle man sich vor, die Kosten würden tatsächlich bei 100Dollar/kg liegen und die Reisezeit beträgt weniger als 24h (wovon ich stark ausgehe), ergeben sich unendliche wirtschaftliche Möglichkeiten (Tourismus, Forschung (riesengross), Siedlungen?, Bergbau im All, um nur einige zu nennen. Alleine der Transport von Satelliten würde nur noch einen Bruchteil kosten.) Finanziell würde sich das in null-komma-nix rechnen…

4.) Wettereinfluss. Unser Wetter spielt sich in einer Höhe von 10-15km ab (inkl. Jetstream). Zum Vergleich, wir haben ein 35000km langes Band. Das bringt das Band nicht mal ansatzweise aus der Bahn oder so. Einzig einen Blitzeinschlag halte ich für nachdenkenswert… Aber Wind oder so sicher nicht.

Und der Rest, wie z.b. stabilisierung, dämpfung, usw. sind mit Physik und ein wenig Kreativität lösbar. Nur die Reißfestigkeit des Bandes ist noch ein tatsächliches Problem… und das halte ich ebenfalls für lösbar…
Ich werde mal ein paar Rechnungen machen und die mal reinstellen, wer mag kann die dann ja nachrechnen und mir zustimmen  

Schlusswort ganz vergessen: Wenn es ein entsprechendes Material gibt, was diese Belastungen aushält, dann wird es auch einen solchen "Aufzug" geben, zumindest aus technischer Sicht.

Theoretisch kann man den Weltraumlift aus jedem Material bauen, dafür muss lediglich der Querschnitt des Seiles mit zunehmender Höhe ansteigen.

NEIN. Denn mit einer Erhöhung des Querschnitts wird ja auch das Seil wieder schwerer. Abhängigkeit Querschnitt <--> Gewicht und Gewicht <--> Reißfestigkeit. Diese Abhängigkeiten sind aber nicht linear (und schon gar nicht bei einem Hanfseil) sodass irgendwann der Moment kommt, wo du denn Querschnitt erhöhst, dass Seil aber kürzen musst, damit es nicht reißt.

4.) Wettereinfluss. Unser Wetter spielt sich in einer Höhe von 10-15km ab (inkl. Jetstream). Zum Vergleich, wir haben ein 35000km langes Band. Das bringt das Band nicht mal ansatzweise aus der Bahn oder so. Einzig einen Blitzeinschlag halte ich für nachdenkenswert… Aber Wind oder so sicher nicht.

Wenn Du in 15 cm tiefen Wasser stehst, daß mit mehr als 30 km/h fließt, dann haut das Dir die Füße weg und spült Dich weg, ohne dass Du eine Möglichkeit zum entkommen hast.

Die Luft macht ein ähnliches mit dem Seil. Es ist vom Breite/Längenverhältnis für die Stabilität sehr ungünstig.

Täusche Dich nicht, wenn es um die Gewalt des Wetters geht. Auch wenn es nur die unteren 10 km betrifft.

Schon wieder Analogien? Damit sollten wir doch immer vorsichtig sein, wenn wir 'Erkenntnisse' aus dem Alltag so 'extrapolieren' ... oder besser doch gleich mit handfesten Modellen, Simulationen und Zahlen arbeiten.

Alltag? Was handfestes als Beispiel?

Gleitschirmfliegen. Wenn man drunter hängt, allein oder im Tandemflug und nach oben schaut, wird man feststellen, dass sich die Leinen durch den "Fahrtwind" durchbiegen - und Gleitschirme sind alles, nur nicht schnell.

Das für den Lift geforderte Material müsste also nicht nur zugfest sein, sondern muss auch gleichzeitig elastisch genug sein, um solche Kräfte auszuhalten, inkl. Temperaturunterschiede und die mechanische Belastung durch die Kabinen und Lasten.

Ich hatte mich auf Meagan bezogen, und dass solches Extrapolieren aus dem Alltag wenig sinnvoll ist und man ganz vorsichtig dabei sein muss ... aber du bringst ja auch eine (Alltags-)Analogie, diesmal Gleitschirmfliegen.

Ok. Wir hatten hier schon besprochen , daß der Durchmesser des Seiles an die 10 m betragen soll. Wenn ich jetzt noch eine Länge von 15.000 m dazu nehme, die es innerhalb der Atmosphäre hängt habe ich eine Angriffsfläche von 150.000m² . Die entsprechende Windlast kann jeder selbst kalkulieren.

Zum Vergleich, eine Boing 747 hat ca 500m² Tragflügelfläche.

Sieht die Atmosphäre damit immer noch so "harmlos" aus ?

Wären das nicht eher 235619 m²? Aber wie auch immer, welches Verhältnis gilt zwischen (Gesamt-)Masse und angreifbarem Volumen?

Hallo Ruhri,

Du hast sicher die Mantelfläche, die dem Wind ausgesetzt ist berechnet.  Die wirkende Kraft wird sich aber wohl auf die Breite von 10m (vermute ich) begrenzen.

Was meinst Du mit "Verhältnis zwischen (Gesamt-)Masse und angreifbatrem Volumen" ?

Ich glaube nicht, daß die Gesamtmasse für das angreifbare Volumen eine Bedeutung hat.

Meagan, sorry da kann ich dir nicht zustimmen. folgendes:

angenommen, das Band hat eine Länge von 35000km. Nur in den unteren 15km haben wir Einflüsse des Wetters. Das sind 0,0429% der gesamten Seillänge. Im Vergleich zu deinem 15cm Wasserbad, handelt es sich um ca 25% der Gesamtlänge (warum so viel? Na weil der Schwerpunkt niedriger ist und ich sowohl oben als auch unten mich nirgends festhalten kann). Die Analogie funktioniert also nicht.

Wenn das Band unten nicht festgemacht ist, würde es tatsächlich wie ein Blatt im Wind wehen. Selbst das würden die restlichen 34985km aber nich wirklich stören. Es wird aber festgemacht und durch einen Zug auf Spannung gebracht (wobei das Seil somit nicht nur sein eigenes GEwicht halten muss, sondern auch das Gewicht der Gondel + Spannungsgewicht, vereinfacht ausgedrückt). Selbst wenn sich das Band unter Spannung 'leicht' eindrückt, was soll passieren? Das die STation dir auf den Kopf fällt? Wohl er nicht, solange die Zentrifugalkraft über alles größer ist als die Schwerebeschleunigung über alles ist.

By the way, ich hab nachgerechnet und herausbekommen, dass zwischen Erdoberfläche und GEO eine durchschnittliche Schwerebeschleunigung von g=1,355 m/s^2 existieren. Damit wird das Band gerade im oberen Bereich deutlich 'leichter'!

Ok. Wir hatten hier schon besprochen , daß der Durchmesser des Seiles an die 10 m betragen soll. Wenn ich jetzt noch eine Länge von 15.000 m dazu nehme, die es innerhalb der Atmosphäre hängt habe ich eine Angriffsfläche von 150.000m² . Die entsprechende Windlast kann jeder selbst kalkulieren.

Zum Vergleich, eine Boing 747 hat ca 500m² Tragflügelfläche.

Sieht die Atmosphäre damit immer noch so "harmlos" aus ?

Schön gerechnet... aber auch hier ein Haken: ich unterstelle jetzt mal die grössen, die du deiner REchnung zu grunde gelegt hast (ich halte ein Seil von 10m breite zu viel), als gegeben. Dabei hast du vergessen, dass nicht an den kompletten 150.000m^2 ein atmosphärischer Druck verursacht durch wetter anliegt und sich somit die auftretenden Kräfte drastisch reduzieren.

Noch mal, ich sach nich, dass das Wetter keinen Einfluss hat, ich behaupte nur, dass der Einfluss vernachlässigbar ist und nicht über erfolg/misserfolg dieser mission entscheidet, es somit also an sich kein zu lösendes Problem dieser IDee ist.

Dazu kommt noch, dass starke Winde nur in bestimmten Teilen der Atmosphäre auftreten...

Ich weiß jetzt nicht genau, in welchen, evt. weiß jemand hier etwas mehr...

Plus die Tatsache, das am Äquator kaum mit Winden zu rechnen ist

Plus die Tatsache, das am Äquator kaum mit Winden zu rechnen ist

Gut daß es auch keine Hurrikans gibt. Die sind ja auch eine Erfindung von Hollywood.  Bitte bringt mir jetzt nicht die alte Leier, daß diese den Äquator nicht überschreiten. Wer schon mal so einen richtigen Tropensturm, wie er dort hin und wieder auftritt, erlebt hat, der denkt da ein bischen anders.

Dazu kommt noch, dass starke Winde nur in bestimmten Teilen der Atmosphäre auftreten...

Ich weiß jetzt nicht genau, in welchen, evt. weiß jemand hier etwas mehr...

Jetstreams mit Geschwindigkeiten von über 200km/h treten in Höhen über 10.000m auf......

Schön gerechnet... aber auch hier ein Haken: ich unterstelle jetzt mal die grössen, die du deiner REchnung zu grunde gelegt hast (ich halte ein Seil von 10m breite zu viel), als gegeben. Dabei hast du vergessen, dass nicht an den kompletten 150.000m^2 ein atmosphärischer Druck verursacht durch wetter anliegt und sich somit die auftretenden Kräfte drastisch reduzieren.

Es ist Irrelevant wie viel % in der Atmosphäre hängen. Die wirkenden Kräfte sind entscheidend !

Wenn Du mit der Motorsäge einen Baum fällst, zerspanst Du ja nicht das gesamte Holz des Baumes sondern nur den Teil, wo der Schnitt durchgeht.

Jeder, der Wind und Wetter für vernachlässigbare Probleme hält, sollte sich mal anschauen, vor welchen Problemen Ingenieure stehen, wenn sie einen Turm oder einen Wolkenkratzer bauen. Diese haben nicht mal annähern das Durchmesser/Längenverhältnis eines Seiles, egal ob es einen oder 10m Durchmesser hat.

Außerdem bringt Wind Konstruktionen im Allgemeinen zum schwingen. Das kann man sehr schön bei dieser Brücke sehen .....

Analogien ... ich sag einfach mal, mit meinem beschränkten Wissen, hier werden Äpfel mit Birnen verglichen 

Für das sogenannte "Seil" müßte in meinen Augen ein neu definierter Begriff erschaffen werden. Das ganze spielt sich in Dimensionen ab, die (zumindest für mich) nicht mehr vorstellbar sind.

Mal von dem ganzen technischen trallalla und den Dingen die erst noch erfunden werden müßen mal abgesehen, ich kann mir beim besten Willen nicht vorstellen, dass ein "Seil" mit diesen utopischen Ausmaßen von irgendwem auf diesem Planeten finanziert werden kann.