Space Elevator

Und noch etwas ...

Gebaut würde das Ganze ja vom GEO aus. Man würde also gleichzeitig ein Seil nach unten "abspulen" und eins nach außen. Da haben wir dann wieder ein Problem: wie sollen dir diese gewaltige Masse erst mal in den GSO bringen? Von der Erde aus ist das nicht zu schaffen, auf lange Zeit. Dann bliebe die Idee einen Asteroiden einzufangen und durch Aerobraking in den GSO einschwenken zu lassen. Diesen könnte man dann als Rohstoffquelle zur Produktion der Kabel "on the fly" nutzen.

Beides ist noch weit jenseits unserer Möglichkeiten ... neben den notwendigen Festigkeitseigenschaften des Materials.
Der Begriff Kabel suggeriert ja etwas dünnes ... naja, es wäre vielmehr ein Turm.

Angenommen man könnnte ein Seil produzieren, daß die selben physikalischen Stoffeigenschaften wie ein CNT besitzt, aber eine  Querschnittsfläche 1cm² besitzt.

Würde so ein Seil sein Eigengewicht tragen können bzw. noch zusätzliche Last bewältigen können?

Welche zusätzliche Last könnte 1cm² tragen?

Derzeit kenne ich keine leistungsfähigere Fasern als CNT.
Interessante Stoff-Alternativen sind alle möglichen Nanotubes
aus  anderen Materialien.  Mir bekannt ist die Existenz von
Silizium-Nanotubes und Silber-Nanotubes.   Ich würd also
ansonste der Reihe nach die Elemente nach Nanotube-Fähigkeit
untersuchen wollen und exemplarisch wenigstens  eine
Carbon-Silizium-Hybrid-Nanotube versuchen zu produzieren,
einmal weil ich diesen noch für eine vielverprechende
Kombination halte und um zu schauen, ob dieser Hybrid in
seinen physikalischen Eigenschaften zwischen CNT und SiNT
liegt.

Sicher wird die SiC-Hybrid-NT, sofern möglich, sehr interessante Eigenschaften besitzen.  Im Grunde sind jedoch CNT,SiNT und der
Hybrid die vielversprechensden Kandidaten.

Ich war ja schon immer vom Weltraumlift begeistert und hoffe das es bald möglich ist Nanotubs so zu konstruieren das diese die Zugfragt aushalten.

Ein Vorschlag von mir wäre, um das Seit nicht so lang zu machen indem man die ATVs die eigentlich mit dem Müll verglühen sollen einfach zu der Stelle bzw. ende des Liftes hintransportiert oder ggf. selber da hinfliegen wenn möglich. Somit hätte man gleich auch Steuerdüsen für die Plattform um Weltraumschrott auszuweichen :-)

Der Turm (Seil ist eine Untertreibung ) muss so lang sein, er muss bis zum GSO und darüber hinaus reichen.
Und das sind dann ABERTAUSENDE von Tonnen. Da helfen selbst 100 ATVs nicht beim Manövrieren.

Bzgl. der Masse nur mal so ein Überschlag, um ein Gefühl für die Größenordnung zu geben:

Nehmen wir einen eckigen 36000km langen 10x10cm- Stab aus Titan, dann gilt:

Dichte: 4500kg/m³
Abmessungen: 36 000 000m x 0,1m x 0,1m
Masse: 4500kg/m³ *360 000 m³ = 1.6200e+009 kg = 1 620 000 t.


Wie gesagt, das dient nur dem Überschlag. Wir haben gerade einen eckigen 10x10cm-Stab aus Titan von da oben hier runter gebaut. Da fehlt noch das Gegengewicht, die System, und sonst was. Außerdem würde man kein Titan verwenden. Mir ging es um die Veranschaulichung der Dimensionen, über die wir hier reden. ....

Nehmen wir einen eckigen 36000km langen 10x10cm- Stab aus Titan, dann gilt:

Dichte: 4500kg/m³
Abmessungen: 36 000 000m x 0,1m x 0,1m
Masse: 4500kg/m³ *360 000 m³ = 1.6200e+009 kg = 1 620 000 t.

Man kann nicht die gesammte Masse dieses "Seiles" bis zum Gleichgewichtshöhe in der Gewichtskraft als voll tragend annehmen. Hat jemand Lust und kann das schnell integrieren bzw. ausrechnen?

f_eff(r) = f_G(r) - f_Z(r) = G*M*m/r² - m * w² * r

Ist das richtig integriert?:  F_eff(r) = m * (GM/r+2w²r²)  

Die Integrationsbereich liegt zwischen 6378km und 36Mm.
Zur Abschätzung nehm ich erstmal einfach nur die Hälfte.
Das ergäbe mit Titan eine Zugkraft von 810kN/mm². => never!

CNTs haben eine Dichte von 1,3-1,4 t/m3  =>  F^Z252kN/mm².
CNT haben eine Zugfestigkeit von 45 GPa = 45 GN/m² = 45kN/mm².

Knappe 20% (18%) der Kraft könnten per Zugfestigkeit durch die CNT übertragen werden.  Es fehlen wenigsten noch 82% + Nutzlastkapazität.

CNT sind hervorragende elektrische Leiter.  Bewegt sich die Ionosphäre relativ zur  Erdoberfläche? Dann könnte man schauen, ob man mittels ruhender elektrischer Ladungen in dem Seil zusätzliche Hubkraft erzeugen kann.   Lässt sich durch einen Strom ein unterstützendes Magnetfeld erzeugen?

*edit*
Je näher die Masser am Gleichgewichtshöhe liegt, um so geringer wird die durch ihr verursachten Kräfte.  Das heißt, das man den Querschnitt des Seiles genau auf der dieser Höhe vervielfältigen könnte, ohne daß dadurch zusätzliche Kräfte entstehen, jedoch aufgrund des größeren Querschnittschnitts mehr Kräfte übertragen werden könnten.

Also müßte auf dieser Höhe das Seil mehr als 5 mal dicker sein als an seinen Ende auf dem Boden.

Ich will nicht sagen unmöglich aber auf jeden Fall eine echte Herausforderung!  

Ich hatte von Gewichtskraft noch nichts gesagt, sondern die Masse überschlagen, die in den Orbit muss.

Wenn Japan so ein Projekt verfolgt, geht es mehr um den Weg als um das Ziel. Das Ziel wird man vielleicht nie erreichen, aber auf dem Weg dorthin könnten interessante Enwicklungen rausspringen.

Derartige große Mengen an Masse werden vermutlich in den nächsten paar
Centurien nicht zu liften sein  Würde es auf dem Mond Kohlenstoff geben
würd ich vorschlagen, den von dort zu holen  


Welche Kohlenstoffreichen Objekte schwirren eigentlich im NEO rum?
Welcher Asteroid vom Typ B,C,F oder G besitzt eine Bahnenergie
(E_pot+E_kin) größer als die der Erde und kommt ihr darin am nähesten?

Aus meiner Sicht gibt es für den Space Elevator neben dem Massen- und dem Materialproblem noch eine Herausforderung: die Energieversorgung.

Wenn sich etwas auf den 36000km bewegt, muss es seine Energie von irgendwo beziehen. Eine "einfache" Stromversorgung fällt bei der Länge flach. Das Gefährt könnte selbst ein "Kraftwerk" mit sich führen, was aber die Masse des Gefährts erhöht. Eine andere Idee wäre es mit gebündelten Mikrowellen entweder vom Boden oder aus der Endstation im Orbit zu versorgen. Problematisch ist dann das Wetter in der Troposphäre.

Außerdem muss man noch die Orbitstabilität betrachten. Neben der Wirkung von Sonne und Mond üben auch die Ausdehnung und Massenverteilung der Erde einen starken Einfluss auf das Konstrukt aus und veranlassen es zu driften. Man müsste also über einem Punkt am Äquator bauen, der hier ein Minimum an Störungen hervorruft. Leider hat die Erde nicht wirklich viel Landmasse am Äquator zur Auswahl.

Außerdem muss man noch die Orbitstabilität betrachten. Neben der Wirkung von Sonne und Mond üben auch die Ausdehnung und Massenverteilung der Erde einen starken Einfluss auf das Konstrukt aus und veranlassen es zu driften. Man müsste also über einem Punkt am Äquator bauen, der hier ein Minimum an Störungen hervorruft. Leider hat die Erde nicht wirklich viel Landmasse am Äquator zur Auswahl.

Also wenn man es schafft, ein 36.000 km langes Seil zwischen der Erdoberfläche und dem GSO zu spannen, dann werden die ein oder zwei Kilometer bis zum Meeresboden auch kein Problem mehr darstellen.

René

Doch, ein paar Kilometer machen recht viel aus was man beim Durchmesser an der Dicksten Stelle sparen kann. Deshalb würde man es ja auf dem Land auf einen möglichst hohen Berg bauen und möglichst noch ein großer Turm drauf.
Kandidaten auf dem Äquator mit weniger als 2° Abweichung wären

in Südamerika der Cayambe mit 5790m
in Afrika der Kenia mit 5200m

Wahrscheinlich wäre es auch sinnvoll sich aus dem "Wetter" in Bodennähe rauszuhalten, was für einen hohen Standort sprechen würde.

Ich hoffe es kommen dort keine Jetstream vor.

Wikipedia

Ein Jetstream (engl.: jet stream, jet) bzw. Strahlstrom ist ein schmales Starkwindband im Bereich der oberen Troposphäre bis zur Stratosphäre.[1] Jetstreams bilden sich infolge globaler Ausgleichsbewegungen zwischen verschiedenen Temperaturregionen bzw. Hoch- und Tiefdruckgebieten und stellen die stärksten natürlich auftretenden Winde dar, wobei sie im Vergleich zu anderen Wetterphänomenen sehr verlässlich und stabil in ihrem Auftreten sind. Allgemeiner definiert handelt es sich um atmosphärische Windbänder mit einer nahezu horizontalen Strömungsachse (Jetachse) und Windspitzen von bis zu 150 m/s (540 km/h), wobei die Windgeschwindigkeit – sowohl vertikal als auch horizontal – mit zunehmender Entfernung zum Strömungszentrum rasch abfällt. Sie gehören näherungsweise zur Gruppe der geostrophischen Winde, bei welchen ein Gleichgewicht zwischen Druckgradient- und Corioliskraft herrscht.

*edit*  Hab gerade gefunden, daß Jetstream ca. auf 23° vom Equator entfern verlaufen.

Eine Verankerung an Land wäre aus politischen Gründen wohl nicht Ideal.

Besser in internationalen Gewässern.

Wie schaut es eigentlich mit der Verankerung selbst aus?
In welcher Größenordnung müßte diese Kräfte aufnehmen?
Nicht das die Kontinentaldrift verstärkt wird und Pudel-Mützen
in Afrika der neueste Mode-Trend wird!

Theoretisch Null, der Schwerpunkt ist im GEO. Das eine Ende ragt nur zufällig genau bis zur Erdoberfläche und da muss man es halt wegen der Schwingungen ein bisl arretieren.

 ja das denke ich auch ...  aber vll. sollte man ihn dennoch wenigstens mit einen Bindfaden an irgendeiner Baumwurzel festbinden  

sry .. aber den konnte ich mir nicht verkneifen

Aber wenn man mal ein bischen länger drüber nachdenkt, kommen doch einige Kräfte zusammen, die nach einer stabilen Verankerung verlangen.
Zum einen kommt bei der großen Länge des "Seils" selbst bei kleinen Durchmessern eine nicht unerhebliche "Segelfäche" zusammen, die grade im unteren Teil mit dichter Atmosphäre wirkt und damit von der Verankerung am Boden kompensiert werden muss.
Dann muss das Gegengewicht hinter dem GEO m indestens soviel schwerer sein wie die Transortkapseln am Seil Kraft ausüben (Gewicht + Beschleunigung + Luftwiederstand + ...). Das muss die Verankerung auch aufnehmen wenn grad keine Transprotkapsel am Seil hängt.
Wenn so eine Transportkapsel auf dem Weg nach oben ist muss sie natürlich auf GEO-Geschwindigkeit beschleunigt werden. Das passiert wegen dem Quadrat in der Fliehkraftformel hauptsächlich auf dem äußeren Teil des "Seils". Dadurch wird das Gegengewicht ein bischen abgebremst und fällt hinter dem Punkt genau über der Verankerung zurück um dann von dem "Seil" wieder "nach vorne" gezogen zu werden also wieder schneller zu werden. Auch etwas was die Verankerung am Boden vertragen muss.
Dann werden sich bei einem so langen Seil auch noch hübsche Schwingungen bilden. Da zum Boden hin die Spannung im "Seil" immer mehr abfällt ist es wie mit einem Tsunami: Wo viel Spannung ist hat die Welle eine sehr kleine Amplitude, aber wenn sie dem Boden näher kommt wird sie immer mehr anwachsen (und langsamer werden). Die Verankerung muss also sicherlich auch noch ganz schön flexibel/elastisch sein.
Die Liste ist sicher noch nicht vollständig, aber man sieht, das es mit dem Bindfaden in der Praxis doch nicht getan ist.
Da kommen eine ganze Menge Tonnen Zugkraft zusammen, die sich auch noch schnell ändern können.

Hallo Raumfahrtfans,
da ich ich leider nicht vom Thema SpaceElevator ablassen kann, eine neue Idee zur Machbarkeit. Eigentlich nur was für Leute die das Thema und die Problematik kennen.
Problem ist ja das lange und reißfeste Seil.
Wie wäre es denn wenn man ein Gebäude baut aus glaßfaser + Nanotubs ( ich meine nicht komplett da zu teuer sondern nur teilweise integriert ) wie auf dem Bild zu sehen. Um dem enormen Gewicht entgegen zu wirken befestigt man eine Art schwerlast Zeppelin an dem Gebäude um es nach oben zu ziehen und Gewicht zu veringern. Mir ist klar das um so höher um so stärker der effekt des auftiebs abnimmt. Oben kommt dann wieder der normale spaceelevator prinzip, halt mir kürzerem seil zum Einsatz.

Alternativ könnte man auch in der Röhre ein Vakum schaffen und diese als eine Art katapult nutzen. Somit hätte man keine Reibung von der Luft und kann sehr hoch beschleunigen. 30km lang beschleunigen wären auch nicht schlecht. z.b. von unten mit luftdruck.




Grüße
Poldie

Hallo

selbst über deinem in den unteren 30km "schwebenden" Gebäude schließen sich immer noch 35000+X km hängende Space-Elevator-Konstruktion an, plus Gegenmasse. Auch das ist außerhalb jeglicher heutiger Materialien.

Wenn man diese Konstruktion mal maßstäblich zeichnen wollte, um die Dimension nochmal zu veranschaulichen, dann sähe das so aus:

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Die beiden blauen Striche sind die Erdoberfläche (|) und der 30km-Turm (-). Daran schließen sich dann 1200 weitere rote Striche (-) an, welche das "hängende Seil" bis zum GSO/GEO darstellen (*). Da käme dann der Ausgleich noch dran.


PS
(Möchte jemand nachzählen? )

Hallo Schillrich,

ich gehe davon aus das du die original länge in deinem Beispiel nimmt (36.000 km) von der Erde.
Ich möchte ja mit meinem Beispiel gerade die Länge die du angegeben hast verkürzen. Die Länge von 36.000 km kommt ja nur zustande da vom orbit bis zur erde ein so enormes gewicht dran hängt wie das Seil selber das man so weit weg muß um mit den fliehkräften und dem gewicht am ende das seil spannen zu können.

Was ich mache ist aber den weg zum orbit verkürzen und zwar enorm. Das Seil hat ja ab 100km höhe kaum noch gewicht. Wenn man z.b. im orbit wäre durch z.b. einen nicht möglichen 200km turm. Kann man doch ein Seil 35.900km lang machen. Es hat ja kein Eigengewicht mehr. Man brauchte also nur ein stein am ende des seils um es zu spannen durch die fliehkraft. Was das seil ja nur so stapazierfähig macht ist ja das gewicht, vor allem das eigengewicht des seils. Wie gesagt ich würde sagen das es nur noch eine lägen von ein paar tausend kilometern hätte. Kann einer das berechnen, in wie fern sich das Seil verkürzt durch die verkürzung der Strecke in den Orbit ?

grüße
Poldie

PS zum Seil noch, was schon möglich ist !!!

Vielversprechend ist eine UHMW-Polyethylen-Faser des DSM-Konzerns namens Dyneema, welche bei vertikaler Aufhängung eine Reißlänge von 400 km erreicht und somit alle konventionellen Werkstoffe um ein Vielfaches und sogar Spinnenseide um den Faktor zwei übertrifft.

www.wikipedia.de

Kann man doch ein Seil 35.900km lang machen. Es hat ja kein Eigengewicht mehr.

Wieso sollte es kein Eigengewicht mehr haben? Schwerelosigkeit herrscht beim Space Elevator nur im GEO. An allen anderen Stellen unterhalb des GEOs herrscht eine Zugkraft zur Erde und nimmt zu, je näher man der Erde kommt.

genau,und diese reduziere ich um 35km die ja am nächsten von der Erde sind und am meisten Zugkraft ausmacht. Und ab 200km ist das Eigengewicht ja nur noch minimal. Stimmt erst am GEO komplett weg

Dann müsste das Seil doch zur Erde fallen, deswegen muss es ja in den GEO und ein Gegenmasse darüberhinaus?

Gruß

Radi