Space Elevator

Ist auch keine einfache Frage. Das interne Magnetfeld der Erde rotiert im Großen und Ganzen schon ungefähr mit, ist aber nicht sonderlich homogen und dazu um einige Grad gegenüber der Rotationsachse geneigt, d.h. die Feldlinien verlaufen nicht in derselben Ebene wie die Rotachse.

Allerdings haben wir es da draußen auch mit der Magnetosphäre zu tun, die nur z.T. vom internen Magnetfeld bestimmt wird. Es gibt dort eine Reihe von Strömen geladener Teilchen, die ihrerseits wieder Magnetfelder transportieren und sich gegenseitig beeinflussen. Das interne Magnetfeld nimmt ja kubisch mit dem Radius ab, daher wird die magnetische Umgebung je mehr von anderen Quellen dominiert, desto weiter draußen wir uns befinden.

Da das Seil die tägliche Rotation der Erde mitmachen würde, würde es zumindest die Variation zwischen "zusammengestauchtem" Feld auf der Tagseite und Magnetotail auf der Nachtseite erfahren.

hat eigentlich einer in der letzen Zeit mal einen Bericht über die aktuelle zugfestigkeit von CNTs gelesen ?
Würde mich mal interessieren, was heute schon machbar ist. Sicher auch interessant zum Brückenbau.

hat eigentlich einer in der letzen Zeit mal einen Bericht über die aktuelle zugfestigkeit von CNTs gelesen ?

Es sollte einen Wettbewerb (Space Elevator Games 2010 - Tether Contest) geben, der im Dezember stattfinden hätte sollen ...
Aber man hat 0,0 davon gehört. Nix. In den medien. Nix...

Im unteren Drittel von http://www.spaceward.org/elevator-when sieht man die bisher erreichte Stärke. Ich versteh das aber nicht...

Meinst du das Diagramm? Die Y-Achse? Das müsste die spezifische Reißfestigkeit sein bzw Zähigkeit (bei Fasern) - und die ergibt sich aus der Zugfestigkeit (GPa) und im Verhältniss dazu der Dichte mal Schwerebeschleunigung... - wobei da was fehlt...

Meinst du das Diagramm?

Ja.
In der Tabelle steht bei 12: Mindest nötige Zugfestigkeit für einen SE.
Aber der erreichte Wert bei 11 liegt ja schon darüber!! Warum baut man dann nicht?

Witzige Frage ... du hast doch hier mitgelesen ... 

Ein 36000km langes Transportsystem zu bauen und zu betreiben, ist etwas anderes als ein im Labor hergestellter Materialdemonstrator.

Wir haben hier doch schon sehr lang und sehr ausführlich allerhand Herausforderungen dargestellt.

du hast doch hier mitgelesen ...

Ja, aber leider habe ich den Hauptpunkt nicht verstanden...

Wenn man ein Material mit notwendiger Stärke bereits erzeugen kann, gibt es doch kein Problem mehr?

Oder wurden da nur mikroskopische Fasern getestet, die man noch zusammensetzen muss, ohne dass sie an Stärke verlieren?

Wenn man ein Material mit notwendiger Stärke bereits erzeugen kann, gibt es doch kein Problem mehr?

Naja, nicht ganz. Nur weil man theoretisch so ein Material herstellen kann, heisst das ja noch nicht, das man 1) es 35000km in der Laenge herstellen kann 2) alle anderen Randbedingungen fuer den bau und betrieb erfuellt sind und 3) die Finanzierung steht.

Nur weil man theoretisch eine Mondbasis bauen kann, heisst das ja noch lange nicht, dass man auch gleich damit anfaengt eine zu bauen...

Es wird also glaub ich noch eine weile dauern, bis das losgeht, leider. Wir warten hier alle sehr gespannt darauf 

Könnte es sein, dass die Autoren des Berichts unter dem angegebenem Link übermäßig optimistisch sind? Meines Wissens wurde noch nie irgendwo ein Material für Seile eingesetzt, dass bei mehr als einigen wenigen Kilometern nicht unter dem eigenen Gewicht zerreißen würde. Könnte man dieses Material zu einem vernünftigen Preis herstellen, müsste etwa der Brückenbau bereits völlig revolutioniert worden sein. Dies ist aber eben bislang nicht geschehen! Folglich existiert dieses Supermaterial bislang lediglich in den Köpfen einiger weniger Spinner/Träumer. Sucht euch das passende Wort aus.

Nur weil man theoretisch eine Mondbasis bauen kann, heisst das ja noch lange nicht, dass man auch gleich damit anfaengt eine zu bauen...

Da hat man aber keinen direkten finanziellen Nutzen.

Diejenige Firma/der Staat, welcher als erstes einen Orbitallift baut, bekommt 90% aller Satellitenstarts.

60.000$ vs. 200$ pro Kilo... Wo ich dann kaufe ist ja klar Ausserdem lockt das auch kleinere Firmen und Unis, da sich die Raketen nie leisten könnten...

Nur weil man theoretisch so ein Material herstellen kann, heisst das ja noch nicht, das man 1) es 35000km in der Laenge herstellen kann

Ach, wegen dem habe ich schon mal was gelesen.

Das sich durch Fehler in der Struktur beim Verknoten die Stäke des Materials um 70 % reduzieren könnte.

Allerdings habe man bereits einen Weg gefunden, um das zu minimalisieren... (Ich glaube es war lösen in einer alkoholischen Lösung oder die verwendung von Multi-walled-CNT)

Natuerlich macht man hinterher Geld, und zwar viel. Nur bis dahin bleibt es ein Risikoprojekt. Denn es kann ja auch noch allerhand schiefgehen und das Projekt scheitern. Oder das Seil reisst oder what ever...

Problem ist halt, wer finanziert 100 Mrd. oder 200Mrd im voraus als Risikoprojekt. Auch wenn hinterher grosse Gewinne locken.

Das mit der Laenge ist tatsaechlich ein Problem. Das Problem liegt dabei darin, ein Seil dieser Laenge industriell als massenware herzustellen. Quasi ein Serienprodukt. Dies ist, denk ich, der Schluesselpunkt.

Problem ist halt, wer finanziert 100 Mrd. oder 200Mrd im voraus als Risikoprojekt. Auch wenn hinterher grosse Gewinne locken.

Laut aktuellen Kostenabschätzungen würde ein Orbitalseil ein 40tel deiner Annahme kosten.

5 Mrd. Dollar hochgerechnet von den Space Elevator - Games-Veranstaltern  mit dem Preis, den CNT heute kosten.

Möglicherweise werden sie aber noch billiger.

Auf der Erde gebaut ... auf der Erde getestet ... und dann einfach linear extrapoliert? Welche Zahlen hast du denn genommen?

Die ISS kostet nicht umsonst 100 Milliarden. Ein Space Elevator ein kaum weniger komplexes Projekt.

5 Mrd. Dollar hochgerechnet von den Space Elevator - Games-Veranstaltern  mit dem Preis, den CNT heute kosten.
Möglicherweise werden sie aber noch billiger.

Da wurde aber mit einem sehr kleinen Wuerfel gefuerfelt. Keiner kanns genau sagen, aber 5Mrd. sind definitiv zu wenig. Nur mal ein paar Kostenpunkte, die richtig ins Geld gehen:
1) Fluege ins All, um die Materialien da hoch zu bekommen (Nicht nur das Elevator-Seil muss da 'hoch', sondern auch die Teile fuer die Raumstation, das Seil fuer das Gegengewicht, das Gegengewicht selber, etc)
2) Aufbau des Seils
(Ein solches 'junges' Material kostet am Anfang in der Fertigung richtig Geld. Wir errinnern uns mal an die Anfaenge von Kevlar und Carbon. damals unbezahlbar. Heute, Jahrzehnte spaeter, nur leichte Besserung. Bsp.: die grossflaechige Verwendung von spezialkunststoffen im Yachtbau fuer Rennyachten (Americas Cup) kostet schon etliche Millionen. Was glaubst du, was ein Seil mit der Laenge von 35.000km kostet. Der Preis kann schliesslich nur gedrueckt werden, wenn die Materialien vorher zivil genutzt werden und es eine standardisierte Serienproduktion gibt. Sonst bleibt es aus betriebswirtschaftlicher Sicht ein Einzelstueck, auch wenn vlt. 10 oder 20 Elevators gebaut werden)
3) Die gesamte Koordination und Infrastruktur waehrend der Bauphase. (Das Bauen selber wird wohl nicht in 2 tagen fertig sein. Also ich schaetz da mal so mehrere Jahre. Das am Laufen zu halten, die Infrastruktur, die Leute, usw. kostet richtig. Lohnkosten etc..)

Also, vergiss die 5Mrd. Solche Aussagen koennen meines Erachtens nur von Wissenschaftlern kommen, die meist wenig von betriebswirtschaftlichen Strukturen verstehen. Und wie Schillrich schon schrieb, die ISS kostet nicht umsonst 100Mrd, und das ist gerade mal ein 200qm Loft und keine Luxusvilla.

Ich denke auch, dass wir dieses Superseilmaterial erst auf der Erde im Einsatz sehen werden, etwa beim Bau noch längerer Brücken und noch höherer Wolkenkratzer. Dann wird man erst ernsthaft mit  den Planungen für einen Weltraumaufzug beginnen. Ein Problem ist ja etwa immer noch die Energieversorgung.

Ein Einsatz könnte doch in Hochspannungsleitungen sein. Dann bräuchte man weniger Pfeiler, das Seil wäre leichter, und evt. leitet es auch besser...

Dann wirds billiger...

Ein Problem ist ja etwa immer noch die Energieversorgung.

Warum haben eigentlich alle ein Problem mit der Energieversorgung. Man kann sich vorstellen, ein 35.000km langes 'Seil' in den Orbit zu haengen, aber nicht, 35.000km ein Objekt mit Energie zu versorgen? hmm

hier mal ein Ansatz, ueber den wir mal diskutieren koennen: eigentlich sind ja nur die ersten 100km kritisch (wahrscheinlich viel weniger, aber naja). Danach ist der Elevator aus der Atmosphaere raus. folglich koennten ja grosse Solarpanele ausgefahren werden. Warum? Ohne fehlende Atmosphaere gibt es keinen Luftwiderstand und somit auch kein Problem mit der Form des sich bewegenen Objektes.

Achja, nochwas. die meiste Energie wird auf den ersten 50 bis 100km benoetigt, weil hier der Luftwiderstand am groessten ist (bei ca. 200kmh fast das doppelte der Erdanziehung) fuer die restlichen 'Meter' kann diese Komponente unberuecksichtigt bleiben. Darueberhinaus nimmt die Erdanziehung mit zunehmender Hoehe ab (spuerbar aber erst ab ca. der haelfte).

ich denke als, der energiebedarf ist gar net so gross wie immer gedacht und koennte doch einfach durch Solarpanele 'erzeugt' werden

Der Energiebedarf ist hoch, immerhin ersteigt man einen 36000km hohen Berg. Wir sollten lieber über die Leistung reden. Aber auch die ist hoch, da man ja nicht 2 Wochen lang fahren möchte. Gleichzeitig möchte man das Fahrzeug leicht bauen, um das Seil zu entlasten und sinnlose Gravitationsverluste zu vermeiden. Daher schaut man nach externer Zuführung von Leistung, möglichst ohne Zusatzanbauten am Seil, per Mikrowellen bspw. Bei solchen Konzepten machen es aber die Ausdehnung und schiere Größe der Anlage schwierig die Leistung zu übertragen.
Selbst (an Bord) erzeugter Solarstrom dürfte nicht Ausreichen, um diese Leistung zu liefern, kombiniert mit möglichst kleinen/leichten Solarzellen und einer hohen Transportleistung.

Der Energiebedarf ist hoch, immerhin ersteigt man einen 36000km hohen Berg. Wir sollten lieber über die Leistung reden. Aber auch die ist hoch, da man ja nicht 2 Wochen lang fahren möchte. Gleichzeitig möchte man das Fahrzeug leicht bauen, um das Seil zu entlasten und sinnlose Gravitationsverluste zu vermeiden. Daher schaut man nach externer Zuführung von Leistung, möglichst ohne Zusatzanbauten am Seil, per Mikrowellen bspw. Bei solchen Konzepten machen es aber die Ausdehnung und schiere Größe der Anlage schwierig die Leistung zu übertragen.
Selbst (an Bord) erzeugter Solarstrom dürfte nicht Ausreichen, um diese Leistung zu liefern, kombiniert mit möglichst kleinen/leichten Solarzellen und einer hohen Transportleistung.

Woher weisst du das? gibt es dazu Berechnungen? Dass das ding nicht mit einer 12V batterie nach oben faehrt is mir ja klar. Aber ein Atomkraftwerk wird es wohl auch nicht brauchen.

Hat jemand eine ahnung wie das masse/Energieverhaeltnis von Solarpanelen ist (unter optimalen bedingungen)?

Mach doch einen Überschlag mit Schulphysik.
Hier die Annahmen: Wir sind aus der Atmosphäre, fahren mit 100m/s und bewegen 20t senkrecht nach oben, und nehmen g mit 9,81 m/s/s an.

[tex]P = \frac{\Delta E_{_{pot}}}{\Delta t} = \frac{m*g*h}{t} = \frac{9,81m\cdot 20000kg\cdot 100m}{1s\cdot s^{^2}}=19620000W = 19,62 MW[/tex]

Jetzt kann man mit den Parametern spielen, schneller, langsamer,  leichter, schwerer ... der Leistungsbedarf ist trotzdem enorm. Es würde ja nicht nur eine Bahn fahren, sondern mehrere parallel. Die ISS mit ihren "Flügelchen" ist im mittleren kW-Bereich.

Ok, also ca. 20MW sind schon ne Leistung. Allerdings bezieht sich dies auf die 'untere' Ebene, d.h. deine Rechnung stellt nur eine Momentanleistung bei Fg=9,81 m/s/s dar. Im Mittel liegt die Erdanziehung jedoch bei ca. 1,35 m/s/s, so das sich folgendes ergibt:

[tex]P = \frac{\Delta E_{_{pot}}}{\Delta t} = \frac{m*g*h}{t} = \frac{1,35m\cdot 20000kg\cdot 100m}{1s\cdot s^{^2}}=2.700.000W = 2,7 MW[/tex]

Im mittel wird also ca. 2,7 MW an Leistung benoetigt. hmm, immernoch ne ganze menge. Werden ein paar Solarpanele nicht schaffen... 

Im Mittel liegt die Erdanziehung jedoch bei ca. 1,35 m/s/s

Wieso soll die Erdanziehung nur 1,35m/(s*s) liegen ??

Sie nimmt einerseits quadratisch mit der Höhe ab, und hier kommt gleichzeitig noch die Wirkung der zunehmenden Zentrifugalkraft. Am Ende des Elevators im GEO ist die effektive Fallbeschleunigung auf Null gefallen.

Die Frage ist, wie mittelt man am sinnvollsten ... arithmetisch?

Hallo boober,

ich weiß gerade nicht wo du deinen Wert der mittleren Fallbeschleunigung her hast, aber für unseren Fall (bzw. den energetischen Zusammenhang) ergibt sich ein etwas anderer Wert. Hier meine Rechnung:

Für die differentielle Beschreibung der potentiellen Energie zwischen zwei Radien R1 und R2 gilt:

[tex]dE=m\cdot g(r)\cdot dr[/tex]

Integriert ist das:

[tex]E=\int_{_{R_1}}^{^{R_2}}m\cdot g(r)\cdot dr[/tex]

Für g(r) gilt jetzt die höhenbedingte Abnahme der Fallbeschleunigung g₁(r) und die Zunahme der Zentrifugalbeschleunigung g₂(r), mit [tex]\omega[/tex] Winkelgeschwindigkeit der Erdeigenrotation, [tex]M[/tex] Erdmasse und [tex]\gamma[/tex] Gravitationskonstante:

[tex]g(r) = g_{_1}(r)-g_{_2}(r) = \frac{\gamma M}{r^{^2}}-\omega^{^2}r[/tex]

Wenn man jetzt eine mittlere Fallbeschleunigung [tex]\bar{g}[/tex] erhalten möchte, muss energetisch gelten, dass die aus dem Integral des variablen [tex]g(r)[/tex] über die gesamte Strecke erhaltene Energie ebenfalls durch eine Rechnung mit einem konstanten [tex]\bar{g}[/tex] über die gesamte Strecke erhalten wird.

Es gilt dann:

[tex]E=\int_{_{R_1}}^{^{R_2}}m\cdot \[ \frac{\gamma M}{r^{^2}}-\omega^{^2}r\]\cdot dr \stackrel{\mathrm{!}} = m\bar{g}(R_{_2}-R_{_1})[/tex]

Auf beiden Seiten steht eine gleichgesetzte energetische Beschreibung des Aufstiegs. Wenn man jetzt nach [tex]\bar{g}[/tex] auflöst und auch alle anderen Werte einsetzt, erhält man:

[tex]\bar{g}= \frac{\gamma M \(\frac{1}{R_{_1}}-\frac{1}{R_{_2}}\)+\frac{1}{2}\omega^{^2}(R^{^2}_{_1}-R^{^2}_{_2})}{R_{_2}-R_{_1}} = 1,6292\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s^{^2}}}[/tex]


Korrektur, dann passen unsere Zahlen:

[tex]\bar{g}= \frac{\gamma M \(\frac{1}{R_{_1}}-\frac{1}{R_{_2}}\)+\frac{1}{2}\omega^{^2}(R^{^2}_{_1}-R^{^2}_{_2})}{R_{_2}-R_{_1}} = 1,3584\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s^{^2}}}[/tex]

@Schillrich: ganz genau.

Die 1.35 m/s/s hab ich der einfachheit halber arithmetisch gemittelt, d.h. ueber die netto Anziehungskraefte zwischen Erdoberflaeche und GEO (=hoehe) integriert und dann durch die hoehe dividiert.

Haette nicht gedacht, dass dabei so wenig rauskommt.

Und erst bei 150.000km hoehe wuerden sich die Kraefte wieder aufheben (d.h. im Mittel Fg=-1.35, so dass das Seil 'schwebt'. Alles darunter wuerde dazu fuehren, dass das Seil auf die Erde faellt (wenn nicht ein Gegengewicht vorhanden ist)

Dabei ist mir noch eingefallen, dass am Anfang ja noch Luftwiderstaende zu den ca. 20MW hinzukommen  , gerade bei 100m/s.

Zumindest am Anfang ist es ein ganz schoener Brocken Energie. Aber gerade am Anfang duerfte das doch wohl machbar sein, z.b. mit externer Energieversorgung oder aehnliches.