Space Elevator

Das ist ein Fehler beim Zitieren. Sein Text ist das äußere Zitat.

Mal so ne Frage nebenbei, wo vl. schon gestellt worden ist :/

Wenn es ja direkt hinauf geht, hat man ja keinen richtigen Orbit, wenn man eine Nutzlast ausladen würde, würde es ja direkt wieder zur Erde runterfallen.

Wenn es ja direkt hinauf geht, hat man ja keinen richtigen Orbit, wenn man eine Nutzlast ausladen würde, würde es ja direkt wieder zur Erde runterfallen.

Eben nicht. Man hat ja einen Orbit, den geostationären. Und wirklich runterfallen kann da eigentlich ansonsten auch nichts. In einem Schwerefeld um einen Planeten wird auf kurz oder lang, alles in eine elliptische Bahn gezwungen. Es ist nur die Frage ob das Pergäum außerhalb oder innerhalb der Atmosphäre liegt.

Wenn es ja direkt hinauf geht, hat man ja keinen richtigen Orbit, wenn man eine Nutzlast ausladen würde, würde es ja direkt wieder zur Erde runterfallen.

Das ist eine gute Überlegung und würde auch bei den meisten Orbits passieren.

Nur eben am geostationären nicht, die Erklärung müsste hier schon geposted sein (Umlaufgeschwindigkeit = Drehgeschwindigkeit der Erdoberfläche und somit auch Geschwindigkeit des Lifts weil gebunden)

Auch auf den Zwischenorbits würde das nicht pauschal geschehen, was Nitro ja sagte: Wenn ich unterhalb des GEO etwas aussetze, befindet es sich auf einem elliptischen Orbit, dessen höchster Punkt der Aussetzpunkt am Elevator ist. Wenn ich etwas oberhalb aussetze, ist es auch auf einem elliptischen Orbit, dessen niedrigster Punkt der Aussetzpunkt am Elevator ist.
Die Frage ist dann bei den Orbits unterhalb des GEO: liegt deren Perizentrum außerhalb der Erdoberfläche und außerhalb der Atmosphäre?

Heute Nachmittag mache ich dazu vielleicht mal eine Parameterstudie und stelle das Ergebnis hier rein.

Zitat von: holleser am 18. Juni 2010, 17:44:14

ich habe überschlagen Reißlänge ca 100km je GPa Zugfestigkeit

63GPa ist der Laborwert für eine einzelne Faser in idealer Längsrichtung bei idealer Temperatur.
Aufgrund der Verwebung Vieler Millionen Nanorröhrchen werden diese aber nicht mehr in Längsrichtung belastet sondern es kommt an vielen Punkten zu einzelbelastungen die um ein vielfaches höher sind als der Durchschnittswert.
Es darf an keiner einzigen Mikrostelle zur Überlastung komen,
Für eine Reisslänge von 200km benötigen wir 20GPa für das Gesamtseil die Einzelröhrchen müssen ein Vielfaches aushalten.

Ich schätze wir benötigen Einzelröhrchen von 180GPa um ein 20GPa Seil herstellen zu können.

Deine Rechnung geht von einer Reißlänge von 6300km aus.
Das bedeutet einen nochmals um ein vielfach besseren Werkstoff.

Deine Annahme halte ich für verkehrt, wenn das so sein würde, gäbe es keine Seilbahnen mit mehr als 2km Höhenunterschied und auch keine Hängebrücken mit mehr als 1km freie Länge.
Ich fliege Gleitschirm und wenn man sich die Leinen von innen anschaut (Kevlar) so liegen diese alle nebeneinander,
umgeben von einem geflochtenen Mantel. Du kannst sicher sein, unter Belastung liegen die Fasern parallel. Vielleicht werden die Fasern verflochten, aber sicher so das der Krafanteil rechtwinklich zum Lift nur ein sehr kleiner Bruchteil der Zugspannung betragen wird.selbst wenn ein Flechtwickel von 15° genutzt wird, ist Kraftanteil in X-Richtung immer noch 91%.
Ich denke in 15 Jahren wird man in der Lage den gesammten Wirkungsgrad auf über 70% zu bringen.
Egal welchen Bereich von High-Tech man sich an Schaut, 99,99% Reinheit ist heute dort wo es gebraucht wird leicht möglich.

Wie kommst du auf die Idee bei 180GPa würde die Nutzrate nur 1/9 sein?
Ich denke realistischer ist hier besser als 1/2=50% und ich bin sicher das dies schon in 7 Jahren für Längen von mehreren km drin ist. Das Entscheidende ist hier, ob es gelingt die Fasern in jeder Länge herzustellen in der man sie braucht. Weiterhin muss es gelingen Fasern passgenau zu spleizen und das dazu noch Automatisch mit sehr hoher Anzahl/sekunde. Nicht das ich glaube es gibt bei 120.000km Länge keine Produktionsfehler, aber vielleicht nur eine von 10000.

Ich denke diese Sache wird noch 12-15 Jahre Forschung und Entwicklung benötigen, dann ist es erreichbar und 5 Jahre später billig erreichbar.

Das Mit der Hängebrücke und der Seilbahn funktionier deshalb, weil wir hier von Angaben in km reden nicht in Metern.
eine Reißlänge von 2000km bedeutet eine Hängebrücke von Frankfurt bis nach Nordafrika

Nur zum Vergleich
Reißläne
Stahl(ideal)  51km in einem Seil Verwoben 6km
Nannoröhrchen(ideal) 6300km

meine Annahme das ein Seil für eine Reißlänge von 2000km (200000m) aus einem Material mit einer vielfach höheren Einzelfaserfestigkeit bestehen muss basiert auf den angabn für alle möglichen anderen Materialien je härter das Material, desto Größer ist der unterschied der Reißlänge für eine einzelfaser und ein Verbund aus vielen Fasern.

Für Glas z.B. Einzelfaser 160km Verbund ca 3km

Meine Annahme für einen Faktor 9 zwischen Einzelfaser und Seil ist wahrscheinlich noch um ein bis 2 Größenordnungen zu optimistisch.

Werden die Nannotubes um einen Faktor 3 Besser als Sie heute sind, und würde der Faktor 9 Funktionieren, dann wäre das Seil immer noch ein Gigantisches Unternehmen und würde zigtausende von Raketenstarts bedeuten

Wenn deine Angaben stimmen würde, dann hätte die NASA jegliche Forschungen in der Richtung eingestellt.
Das Entscheidende ist für mich ein anderer Punkt, wer sagt den das die Fasern bei leichter Verflechtung über längere Strecken zu einem Kraftausgleich zwischen unterschiedlich belasteten Phasern beitragen, egal wie winzig die diagonalen Vektoren sind, so führt dies z.B. bei einer Verflechtung sehr schnell zu einer gleichmäßigen Kraftverteilung.
Und nebenbei, wie kommst du auf einer optimalen Stahlseil auf 51km?

Stahl hat eine Zugfestigkeit  von 52 kp/mm² (510 N/mm²) (0,51GPa)

Reißlänge in etwa 100km (100000m)je GPa

Wenn deine Angaben stimmen würde, dann hätte die NASA jegliche Forschungen in der Richtung eingestellt.

Das ist natürlich eine interessenete Überlegung...
Guter Ansatz

Wenn die Materialstärke wirklich immer so stark sinken würde, hätten wir doch kein Material, das auch nur eine ordentlich Hängebrücke aushielte... Denn die Reßlänge ist ja nur unter dem Eigengewicht, bei Brücken kommen noch Tonnen von Beton und Autos dazu...

Längste Brücke
Akashi-Kaikyō - Brücke     1991 m (Freihängendes Mittelteil)

Durchmesser der Beiden Tragseile  112,2 cm    
Seilgewicht ca 64000Tonnen
Gesamtgewicht der Brücke 148.000Tonnen

wie man sieht passt das mit der Reißlänge ganz gut,

bei der Verwendung von Legierungen lässt sich dir Zugfestigkeit gegenüber Baustahl erhöhen,
über die verwendete Stahlsorte habe ich aber nichtds gefunden.



Für den Lift benötigen wir aber einen Stoff der 300 mal reißfester ist als Stahl

Mal so ne Frage nebenbei, wo vl. schon gestellt worden ist :/

Wenn es ja direkt hinauf geht, hat man ja keinen richtigen Orbit, wenn man eine Nutzlast ausladen würde, würde es ja direkt wieder zur Erde runterfallen.

Wenn du etwas vom Fahrstuhl aus aussetzt gibst  du ihm sogar noch den Impuls mit, den der Fahrstuhl selber besitzt.  Der Fahrstuhl steht ja nicht still sondern bewegt sich ja selber auf einer geostationären Bahn und hat damit eine Geschwindigkeit.  Je weiter unten du den Satelliten aussetzt desto mehr muss er allerdings beschleunigen um seine Bahngeschwindigkeit zu erreichen, allerdings niemals "von Null" an .

Ab einer gewissen Höhe erreicht man bereits einen Orbit mit einem Apogäum auf Höhe des Loslassens und einem sehr niedrigem Perigäum, also einen hochelliptischen Orbit. Wenn man jenseits des GEO einen Satelliten aussetzt hat man einen Orbit mit Perigäum auf Höhe des Loslassens und einem fernen Apogäum (ab einer gewissen Höhe erreicht man sogar Fluchtgeschwindigkeit)

mfg websquid

Längste Brücke
Akashi-Kaikyō - Brücke     1991 m (Freihängendes Mittelteil)

Durchmesser der Beiden Tragseile  112,2 cm    
Seilgewicht ca 64000Tonnen
Gesamtgewicht der Brücke 148.000Tonnen

wie man sieht passt das mit der Reißlänge ganz gut,

bei der Verwendung von Legierungen lässt sich dir Zugfestigkeit gegenüber Baustahl erhöhen, über die verwendete Stahlsorte habe ich aber nichts gefunden.

Für den Lift benötigen wir aber einen Stoff der 300 mal reißfester ist als Stahl

Ich weiß nicht wie du auf diese Zahlen kommst, wo hast du z.B. den Faktor 300 her?
Und das mit der Reisfestigkeit stimmt so 100% nicht, es kommt nämlich nicht auf die Reißfestigkeit, sondern darauf an wie groß diese im VERHÄLTNIS zur spezifischen Seilmasse ist.
Vielleicht solltest du deine Annahmen mal mit Fakten belegen, das was du schreibst, sieht für mich so aus als bist du interessiert darzustellen das dies nicht klappen kann?

Ich bin seid mehr als 22 Jahren Dipl.Ing. und habe neben meinem Fachgebiet (Nachrichtentechnik) schon von Anfang an viel mit dem Maschinenbau und auch mit Materialkunde zu tun, alles was ich zu dem Thema SpaceLift an Fachbeiträgen lese, läuft für mich darauf hinaus das es gehen wird, nicht sofort zwar, aber es wird gehen.
Nicht das dies einfach wird, aber es wird leichter gehen als z.B. die Wasserstoff Fusion auf die Erde zu bringen und viel kürzere Forschungszeiten benötigen.
Vielleicht schaust du dir mal den Artikel über C-Tubes hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffnanor%C3%B6hre
an.

Quellen

Die Daten zu Reißlänge von
http://de.wikipedia.org/wiki/Rei%C3%9Fl%C3%A4nge

Die Daten zur Brücke
http://de.wikipedia.org/wiki/Akashi-Kaiky%C5%8D-Br%C3%BCcke

Hängebrücke/Seilbahn wurden hier nicht von mir ihn Spiel gebracht.
Da hat jemand weiter oben "Reißlänge 2000km" gelesen und an eine
Brücke oser Seilbahn von 2000m gedacht.

Ich habe die Daten der Brücke nur gepostet, um die Dimensionen die Zwischen Nanotubes und Baustahl liegen aufzuzeigen.

Faktor 300 basiert auf der Annahme,
das ichfür eine Reißlänge von 2000m die ich als min. Reißlänge für das Seil ansehe ein Seil mit 20GPa Zugfestigkeit benötige
um dieses herzustellen, benötige wir eine Stoff von
150 - 300 GPa.

Dieser weite Bereich kommt daher, dass es im Moment noch keinen Stoff gibt der unter Laborbedingungen diese Werte erreicht. Zwischen Laborbedingungen und realer Anwendungen ist bei allen Stoffen ein großer Unterschied und das nicht nur bei unserem Thema hier.

Siehe z.B. HTSL , Solarzellen

Der Stoff der derzeit die besten Eigenschaften hat Dynema
erreicht die hohe zugfestigkeit z.B. nur in einem Sehr engen Temperaturbereich.

Ich will hier keineswegs die Undurchführbarkeit des Lifts  beweisen, ich bin nur für realistische Annahmen und gegen den SciensFiction Glaube.

Sollte ein Stoff mit 150-300GPA gefunden werden und dieser auch im industriellen Maßstab zu fertigen sein, ist ein Lift möglich, aber als Jahrhudertprojekt mit tausenden Raketenstarts.

Hallo

ist ein Lift möglich, aber als Jahrhudertprojekt mit tausenden Raketenstarts.

Der Bau liefe anders ab. Das mit den "1000 Starts" trifft nicht zu und hatten wir hier vor ein paar Seiten auch schon:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=4649.msg150306#msg150306

Die tausende von Starts werden bereits für das "Dünne Seil an dem ein Crawler raufläuft" benötigt

hier sind die Ausmaße des Vorseils mit

Annahme Reißlänge am Boden 2000km   
Gewicht 1,3 t/m³   

Quersch    Länge
in mm²           in km
   
   

10      1000
20      2000
40      3700
80      6200
160    9700
320    13900
640    23900
1030  36000

(höhenabhängige Abnahme des g  und Fliehkraft sind enthalten) 

Seilgewicht   27.3000 t

Belastbarkeit des Seils in den unteren 1000km (100.000m) = 10Tonnen

da im unteren Bereich die Atmosphäre ist muss ein Anteil der Zugfestigkeit für die hierdurch entstehenden Kräfte und Schwingungen in reserve gehalten werden. auch der Crawler hat ein Eigengewicht, wodurch die Nutzlast ein Bruchteil der 10 Tonnen sein wird.

Was ich nicht bewerten kann ist,
1.
ob es durch die Krafteinwirkung des Sonnenwindes die alle 12 Stunden die Richtung Wechselt eine Schwingung des 27.300Tonnen Schweren Gesamtseils entsteht?
2.
ob durch die Gezeitenwirkung des Mondes Kräfte auf das Seil einwirken.
3.
Die Beschleunigung der Aufsteigenden Last die dem Drehimpuls der Erde "geklaut" wird muss auch über das Seil übertragen werden


all dieses Wirkt sich voll auf den unteren Bereich von 1000000m aus den ich hier mit 10mm² Querschnitt  angenommen habe aus.

ob durch die Gezeitenwirkung des Mondes Kräfte auf das Seil einwirken.

Das würde dem Seil doch helfen...


Könnte man,  wenn der erste Space Elevator gebaut ist, ein Seil direkt zum Mond bauen? Denn der Mond wendet uns ja immer die selbe Seite zu. Dh, das Seil würde sich nicht um den Mond wickeln...

Das würde dem Seil doch helfen...


Könnte man,  wenn der erste Space Elevator gebaut ist, ein Seil direkt zum Mond bauen? Denn der Mond wendet uns ja immer die selbe Seite zu. Dh, das Seil würde sich nicht um den Mond wickeln...

Du vergisst aber bei beiden Überlegungen die Tatsache, dass der Mond um die Erde kreist.

Du vergisst aber bei beiden Überlegungen die Tatsache, dass der Mond um die Erde kreist.

Nach dem Seil nicht mehr   (sry, musste sein)

@Holleser

Welches Material legst du zugrunde? Ich kenne Berechnungen, die bei weitem nicht in deinen Größenordnungen liegen. Mit "klassischen Materialien" brauchen wir tausende Flüge, u.a. wurden 1975 750000 Shuttleflüge hochgerechnet.
Moderne Studien und Prognosen gehen von ganz anderen Materialeigenschaften aus (auf die man teilweise noch hoffen muss), die perspektivisch möglich erscheinen. Ein "erstes Kabel" wäre da im Bereich zwischen 20t und 50t.

@Holleser

Welches Material legst du zugrunde? Ich kenne Berechnungen, die bei weitem nicht in deinen Größenordnungen liegen. Mit "klassischen Materialien" brauchen wir tausende Flüge, u.a. wurden 1975 750000 Shuttleflüge hochgerechnet.
Moderne Studien und Prognosen gehen von ganz anderen Materialeigenschaften aus (auf die man teilweise noch hoffen muss), die perspektivisch möglich erscheinen. Ein "erstes Kabel" wäre da im Bereich zwischen 20t und 50t.

Ich stimme dir zu, falls es gelingt einen Kernreaktor zu Bauen mit dem sich ein Raumschlepper mit VASIMR Triebwerken bauen läst, könnte man das Material aus einem LEO zu einem GEO schleppen.
Allerdings weis ist nicht wieviel sich dadurch in % an delta V einsparen läst. Andernfalls geht es mit Ariane V zu machen.
Ich habe aber glaube ich hier im Forum gelesen das mach daraus mit mehr als 2 Bustern z.B. 6 und geänderter Oberstufe vielleicht 50t hochbringen kann.
das währen dann bei meiner Abschätzung von 3000t, 60 Flüge.

Ein "erstes Kabel" wäre da im Bereich zwischen 20t und 50t.

Wie lange denn? 100.000 km? Weißt du zufällig, welche spezifische Stärke angenommen wurde?
Und sehr dünn, versteht sich.

Ich stimme dir zu, falls es gelingt einen Kernreaktor zu Bauen mit dem sich ein Raumschlepper mit VASIMR Triebwerken bauen läst, könnte man das Material aus einem LEO zu einem GEO schleppen.

Sobald das Seil in einem Stück im LEO ist, dürfte das andere relativ gesehen kein großes Problem mehr darstellen.

Sonnensegel (Ikaros), Ionentriebwerke (nicht unbedingt VASIMR, auch ohne Atom -> Solarzellen geben langsame Beschleunigung, aber wir haben ja Zeit) können das ganze auch in einen GEO und darüberhinaus bringen. Eventuell könnte man auch elektrokinetische Eigenschaften des Seils nutzen...

Ein 20 Tonnen seil Hätte in den unteren 1000000m
(3 facher ISS Orbit) eine Stärke von 0,1mm²

Zugfestigkeit dann noch 1t

davon Abzurechnen
Wettereinfluss,
Sonneneinwirkung
Mondgezeiten
Crawlereigengewicht
Reserve für Materialafehler
Kraftübertragung für Orbitalbeschleunigung


ich vermute, dass die Mondgezeiten den schlimmsten einfluss haben, in den 12 Stunden in denen sich das Seil zwischen Mond und Erde befindet gibt es eine Zugbelastung nach außen, in den Anderen 12 Stunden eine Zugbelastung nach unten.
im GSO ist die Auswirkung der Gezeiten stärker als auf der Erdoberflche.
Man ist wesentlich dichter, bzw wesentlich weiter entfernt vom Gravitationsschwerpunkt des Mondes.

Nochmal die Frage: welches Material nimmst du an?

Seil mit 20 GPA für Reißlänge 2000.000m

CNT Nanotubs haben momentan unter Laborbedingungen als Einzelfaser 63GPA

Ich gehe davon aus, dass sich das auf 150-300GPA steigern läst
dann lässt sich daraus ein Seil mit 20 GPA realisieren.