Space Elevator

Jungs, ihr habt eindeutig zuviel Kaffee getrunken.

Wenn der Kaffe in einer parabelförmigen Elipse wieder zu tage tritt, merkt ihr da auch was von einer beschleunigten Erdrotation ?

Danke für dieses ausführliche, fundierte und gut durchdachte Gegenargument.

Jungs, ihr habt eindeutig zuviel Kaffee getrunken.

Wenn der Kaffe in einer parabelförmigen Elipse wieder zu tage tritt, merkt ihr da auch was von einer beschleunigten Erdrotation ?

Aber lies doch mal hier, bei der www.welt.de, und lass dich nicht immer von deinen populären Halbwahrheiten leiten:
http://www.welt.de/wissenschaft/article2609536/Fallendes-Laub-laesst-die-Erde-schneller-drehen.html


(Irgendwann platzt mir bei so einem Argumentationsstil der Kragen ...   )

Danke für den Link

Wie's funzt: http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/152448.html

und das Prinzip: http://de.wikipedia.org/wiki/Ringlaser

Noch mal etwas zum "Durchbiegen" des Elevators, wenn er eine hinauf fahrende Masse mitbeschleunigen muss.

Während der Konstruktion aus dem GEO liegt der Schwerpunkt ständig auf dem GEO und der Elevator wächst "symmetrisch" (bzgl. des Schwerpunkts im kugelsymmetrischen Gravitationsfeld) nach oben und unten. Nach meinem Wissen geht es dann aber noch weiter. Wenn er ein mal unten verankert ist, würden man ihn weiter nach oben wachsen lassen und so den Schwerpunkt nach oben verschieben. Dadurch entsteht eine Vorspannung im "Seil". Und, das hatte ich schon früher ausgeführt, vorgespannte Bauteile können Querkräfte besser übertragen, d.h. mit deutlich weniger Verformung. Die Querkraft zum Mitbeschleunigen einer auffahrenden Kabine (und umgekehrt einer abfahrenden Kabine) wird also mit weniger Verformung erreicht. "Weniger" ist hier aber relativ zu sehen. Auf die Gesamtlänge betrachtet, kann sich das trotzdem addieren, aber immer deutlich weniger als bei einem "laschen" Seil.

Hmm, also bei naherem Nachdenken stelle ich fest, dass manche hier das ganze zu sehr aus der Sicht der Erde betrachten.

Nehmen wir das bsp. des Bauens des Seils, dass von einer Station im GEO nach unten gelassen wird. Einige argumentieren, dass je naehr man der Erde kommt desto groesser waere eine laterale Kraft (ergibt sich aus der angenommenen Bahngeschwindigkeit und dem sich verringernden Radius), der dazu fuehren wurde, dass das Seil an der Erde vorbei "faellt".

Eins wird dabei jedoch vergessen (nach meiner Ansicht). Die STation im GEO bewegt sich mit einer Winkelgeschwindigkeit x (2*PI/siederischer Tag) um die Erde. Gleichzeitig jedoch dreht sich die Station mit einer Winkelgeschwindigkeit x entgegen der Drehrichtung der Erde um die eigene Achse (sonst wuerde das Seil nicht permanent in Richtung Erde zeigen).

Nach ersten Ueberlegungen muesste sich doch damit alles Aufheben? Der Ansatz mit der zunehmenden Bahngeschwindigkeit ist ja nicht schlecht, allerding glaub ich nicht, dass sich dies allein mit dem Drehimpulserhaltung erklaeren laesst. Das funktioniert vielleicht bei den Baeumen, weil die Teil der Erde sind (Wie die Arme des Eiskunstlaufers). Aber die reichen  ja auch nicht bis in den GEO. Die Station im GEO ist jedoch nicht Teil der Erde, sondern koennte auch losgeloest davon exisitieren (z.b. wenn das Seil nicht bis zur Oberflaeche reicht - dann ist es nicht mehr mit der Erde verbunden. Dennoch glaub ich nicht, dass dort laterale Kraefte wirken, weil sie sich - siehe oben - gegenseitig aufheben).

Wie seht ihr das?

Hallo,

wen zitierst du damit, dass das Seil bei der Konstruktion an der Erde "vorbei fallen" würde? Ich kann mich nicht erinnern so etwas zuletzt gelesen zu haben.

Laterale Kräfte treten dann auf, wenn eine Masse am Seil entlang fährt, sie muss ja auf Umlaufgeschwindigkeit beschleunigt werden, eben durch das Seil, welches mit der Erde verbunden ist.

Hallo,

wen zitierst du damit, dass das Seil bei der Konstruktion an der Erde "vorbei fallen" würde? Ich kann mich nicht erinnern so etwas zuletzt gelesen zu haben.

Laterale Kräfte treten dann auf, wenn eine Masse am Seil entlang fährt, sie muss ja auf Umlaufgeschwindigkeit beschleunigt werden, eben durch das Seil, welches mit der Erde verbunden ist.

1.) ich habe niemanden konkretes zitiert. Aber ich diesem riesen Thread hab ich es schon irgendwo gelesen. ist aber auch egal. Wenn man die Meinung vertritt, dass die Bahngeschwindigkeit eine laterale Kraft verursacht, so wuerde genau dies passieren, wenn man das Seil vom GEO zur Erde herunter laesst und dabei das Seil nicht abbremst.

2.) Ich bin der Meinung das keine lateralen Kraefte auftreten, weil die sich aufheben. Hast du meinen Post oben verstanden? (von dem ich ja selber nicht weiss, ob mans so rechnen kann. Aber je laenger ich drueber nach denke, desto sinnvoller wird es)

Gruss

Yapp, habe dich verstanden.

Eine Kraft muss es trotzdem geben, weil:

1.
Wie soll sonst eine auffahrende Masse beschleunigen?

2.
Die "Gegenrotation" Eigenrotation der Station da oben stimmt zwar schon, aber auch fuer sie gilt dabei Drehimpulserhaltung. Wenn die Baustation also passend so gebunden rotiert*, dass sie immer dieselbe Seite zur Erde zeigt, bekommt sie damit ein "Problem", sobald das Seil aus ihr heraus waechst. Denn dadurch wird auch diese Roation verlangsamt, da der Drehimpuls erhalten bleibt.

Wenn man sich uebrigens einige Entwuerfe zum Space Elevator in der SciFi Literatur durchliest, kommt auch dieser Punkt zur Sprache, bspw. "Fountains of Paradise" von Arthur C. Clarke. Dort kommt das kleine/schmale/leichte Konstruktionsseil mit "ordentlich" lateraler Geschwindigkeit zum Ankerpunkt "geflogen" .... und verfehlt im ersten Anlauf.


*_{"Gebundene Rotation" ergibt beim Space Elevator eine ganz neue Bedeutung}

Das Problem der der Drehimpulserhaltung der Eigenrotation der Konstruktionsstation ist interessant. Daran hatte ich bisher nicht gedacht (einfach zu geozentrisch-quasi-inertial gedacht ). Aber mir fällt momentan keine Idee ein, wie man diese Reaktion des wachsenden Seils steuern oder unterbinden kann. Wenn es länger wird, rotiert die Station langsamer um sich, was von der Erde aus gesehen eine Rotation von Station und Seil nach Osten ergibt, das untere Seil fegt praktisch von Westen nach Osten, das obere umgekehrt durch den Orbit.

Hat jemand eine Idee?

Aktive, kontinuierliche Gegensteuerung mit an der Konstruktionsstation angebrachten Triebwerken?  

edit: nochmal drüber nachgedacht: Triebwerke würden wenn überhaupt an den Seilenden etwas bringen, oder? Und das wäre technisch eher schwer umzusetzen. 

Der benötigte Impuls ist enorm, über Jahre während des Baus muss man immer mehr Drehimpuls in die Konstruktion stecken ... aber klar, das geht.

Vielleicht wäre das was für Vasimir, oder generell elektrische Antriebe. Aber die Massenbilanz hat sich gerade potenziert, oder?


EDIT:
Man kann die Triebwerke auch etwas exzentrisch an der Station selbst anbringen, aber Drehmoment wird natürlich am Besten an langen Hebelarmen erzeugt.

Jetzt wird der Bau in Etappen mit immer mächtiger werdenden Seilen verständlich:

Das erste Seil muss mit "Gegensteuerung" wachsen, benötigt also Triebwerke und Treibstoff über Jahre hinweg. Daher muss es leicht sein. Wenn es einmal sicher verankert ist, kann das nächste Seil an ihm herunter wachsen. Dann bringt das erste Seil schon diese Korrekturkraft/-moment auf.

Das erste Seil muss mit "Gegensteuerung" wachsen, benötigt also Triebwerke und Treibstoff über Jahre hinweg.

Dauert das Herablassen Jahre??

Wie schnell baut man irgendetwas 36000 km langes "on the fly", in eine Richtung, und dann noch gleichzeitig in die andere? Das wird Monate, ich schätze eher Jahre, dauern.

Dauert das Herablassen Jahre??

Mal ehrlich, was hättest du denn geschätzt? Schon der Bau einer simplen Hängebrücke auf der Erde mit einer Spannweite von ein paar Dutzend Metern dauert ja schon Monate, und wir spekulieren hier über etwas wirklich GROSSES!

Es könnte sogar sein, dass man bewusst langsame(r) abspult/verlängert. So ist der der Bedarf an zusätzlichem Drehimpuls für jeden gewachsenen Meter niedriger, und das notwendige Drehmoment kann mit weniger Kraft und kleineren Triebwerken (wenn man es so macht) erzeugt werden.

Wie schnell baut man irgendetwas 36000 km langes "on the fly", in eine Richtung,

Ich habe angenommen, dass man es Jahre zuvor auf der Erde baut, dann in den Orbit launcht, und von dort innerhalb von Wochen runtergelassen hat.

Wie will man das starten? Wie groß und schwer sind denn 36000km mal 2?

Die Möglichkeit sehe ich zwar auch, dass man das erste Kabel in Segmenten herstellt, um es einigermaßen zügig abzurollen. Aber deine Idee der wenigen Wochen ist abwegig. Man muss immer noch zwischen durch stoppen, dämpfen, prüfen. Die Dimensionen sind "jenseits von gut und böse". Wie schnelle baut man ein Kabel um die Erde?

Außerdem hatte ich eine Grund genannt, warum ein etwas langsameres Vorgehen sogar sinnvoll sein kann.

Ich meine in der PM gelesen zu haben. Das man das erste Zugseil auf der Erde komplett produziert, genau 36000 km wenn es 10 cm breit wäre sollten es 100t sein die man in den Orbit bringen muß.
Wenn die Ares 5 fliegt kann diese 188 Tonnen in den Erdorbit bringen! Das müsste reichen.

Hundert 100 in den GEO? Dass kann auch ARES V nicht, nicht direkt. Aber stimmt schon, ein Schwerlastträger könnte solche Größenordnungen in Etappen bewältigen, man parkt erst alles im LEO und schickt dann eine Transferstufe hinauf, die andockt und alles im zweiten Anlauf in den GEO bringt.

Noch etwas zu einem elektrischen Triebwerk, das beim Wachstum Drehimpuls zuführen soll, um  die gebundene Rotation aufrechtzuerhalten:

Ganz so einfach wird es nicht sein, dieses am Ende des immer länger werdenden Seils anzubringen. Seile können per Definition keine Querkräfte übertragen solange diese eine Ende frei ist. Man müsste das entsprechende "Powerpack" also an der Station selbst anbringen, mit leidlich kleinen Hebelarmen (verglichen mit den gesamten Dimensionen).
Das könnte dann auch dazu führen, dass man in Etappen wachsen lässt, so dass man immer etwas "Drift" zulässt und dann über einen längeren Ruhezeitraum nur Drehimpuls hinzufügt, bis die Station wieder gebunden rotiert.

Gehe ich eigentlich richtig in der Annahme, dass das erste "Konstruktionsseil" aus CNT elektrisch leitfähig ist?

Wenn dem so ist (wir haben hier bestimmt schonmal drüber diskutiert) verkompliziert sich das Ganze nocheinmal, eröffnet aber gleichzeitig neue Möglichkeiten:

1. In dem Seil würde durch die Bewegung durch das Erdmagnetfeld ein elektrisches Potential induziert werden. Dies hat ersteinmal Auswirkungen auf die Bewegung des Seils.

2. Gleichzeitig dies könnte zur Erzeugung elektrischer Energie beitragen, was den Triebwerken zu Gute kommen würde.

3. Man könnte auch, eine andere Energiequelle vorausgesetzt, das Seil zusätzlich aufladen und auf diese Weise versuchen die Bewegung des Seils mit Hilfe des Magnetfelds zu steuern. Eventuell ließe sich auf diese Weise auf Triebwerke an den Seilenden verzichten.

Das sind nur so ein paar Ideen. Ich habe keine Ahnung, ob das praktikabel wäre.

So eine ähnliche Idee hatte ich auch schon, aber du kannst nicht beides haben, Timo .

Entweder erzeugt die Bewegung durch das Magnetfeld eine Spannung (und raubt damit Orbitenergie), oder man lässt einen Strom fließen (durch Solarzellen erzeugt, bspw.) und bekommt eine Kraft, die man zur Steuerung nutzen kann.

Entweder erzeugt die Bewegung durch das Magnetfeld eine Spannung (und raubt damit Orbitenergie)..

Stimmt, beides zusammen geht wohl nicht. Aber ließe sich der Energieverlust nicht ausgleichen? Wir befinden uns schließlich in der Ionosphäre und könnten Elektronen "einsammeln", die dabei helfen könnten ein Triebwerk zu betreiben. Das wäre die erste, sozusagen passive, Möglichkeit das Seil zu nutzen.

Die zweite Möglichkeit wäre, wie du sagst, aktiv einen Strom fließen zu lassen und so zu steuern.

Könnte man eventuell doch beiden Möglichkeiten kombinieren, indem man mit dem einen Seil (wir haben ja 2!) Strom erzeugt, den man verwendet, um das andere zu steuern? Naja, klingt etwas far-fetched. 

Wenn die Kombination keinen Sinn macht, welche der beiden Möglichkeiten wäre denn effektiver und welche wäre effizienter?

eine Frage:
Das Seil rotiert mit der Erde. Was macht unser Magnetfeld? Rotiert es auch mit der Erde? Dann wären die Möglichkeiten der Induktion arg reduziert.


Zum anderen:

Könnte man eventuell doch beiden Möglichkeiten kombinieren, indem man mit dem einen Seil (wir haben ja 2!) Strom erzeugt, den man verwendet, um das andere zu steuern? Naja, klingt etwas far-fetched.

Soll das ein Perpetuum mobile werden? Was wir an der einen Seite aus der Orbitenergie "gewinnen", müssen wir auf der anderen Seite wieder reinstecken, um uns zu halten ... und dann sollen wir noch extra/zusätzlich einen Drehimpulsgewinn daraus erhalten?

Das Seil rotiert mit der Erde. Was macht unser Magnetfeld? Rotiert es auch mit der Erde? Dann wären die Möglichkeiten der Induktion arg reduziert.

Du fragst Sachen...

Die ziemlich interessant sind 

Leider weiß ich das nicht...