Space Elevator

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Offline Ruhri

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Re: Space Elevator
« Antwort #750 am: 03. März 2011, 22:46:15 »
Nicht zu vergessen das Problem mit der Geometrie und Masse. Wenn die Energieversorgung ausfällt, macht so eine Kabine doch einen Wiedereintritt mit all den bekannten Problemen.

Ein Chemiker erklärte mich vor übrigens vor kurzem, dass so ein Seil (bzw. eine durchgehende Faser) aus einem einzigen CNT- oder Graphen-Riesenmolekül bestehen müsste. Seitdem kann ich an die Realisierung noch weniger glauben...

runner02

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Re: Space Elevator
« Antwort #751 am: 04. März 2011, 09:18:46 »
Zitat
Ein Chemiker erklärte mich vor übrigens vor kurzem, dass so ein Seil (bzw. eine durchgehende Faser) aus einem einzigen CNT- oder Graphen-Riesenmolekül bestehen müsste. Seitdem kann ich an die Realisierung noch weniger glauben...

Das hatte ich mir zuerst auch gedacht. Aber hier weiter hinten im Thread wurde von Spleißen - einer bestimmten Art der Verknotung - geschrieben.

So eine Knotenstelle hält das Vielfache (war sogar es das hundertfache?) aus wie das Seil selbst.

Eine bestimmte Mindestlänge der Fäden müsste man natürlich erreichen.

Offline Ruhri

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Re: Space Elevator
« Antwort #752 am: 04. März 2011, 09:30:24 »
Ich weiß - der Vorschlag kam (unter anderem) von mir. Allerdings hatten einige auch schon gesagt, dass CNT-Seile zu glatt dafür wären. Das wäre aber so oder so ziemlich blöd, weil man mit einer einzelnen CNT-Faser absolut nichts in den Weltraum bekäme. Wenn Spleißen nicht funktioniert, dann auch nicht Verseilen.

Ich prophezeie, dass die Forschung an der Lösung aller Probleme noch seeeeehr lange dauern wird.  :'( ;)

Re: Space Elevator
« Antwort #753 am: 04. März 2011, 10:00:43 »
Spleisen ist machbar,

die Diskussion war vor einem halben Jahr schon mal da.

Akzeptiert werden muss nur, das man für ein Seil, welches aus vielen einzelfasern einen Faktor in die Zufgfestigkeit einrechnen muss.

Bei 63MPa Laborwert für Einzelfaser sind es dann vielleicht noch 15 MPA (reine Schätzung)

Deshalb mein Vorschlag mit dem Preisgeld für ein 1km Seil.
Ob nun ein monofilares Seil oder Millionen von CNT Fasern parallel verwoben werden ist mir Wurscht.

Nur die Zugbelastung des Gesamtseils sollte das Kriterium sein.

Offline Ruhri

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Re: Space Elevator
« Antwort #754 am: 04. März 2011, 10:03:54 »
Das kann aber nur eines von vielen Kriterien sein, denn die Kabinen müssen genau auf das Seil abgestimmt sein, und dann ist eben die Frage, wie stabil so ein Seil gegenüber Eigenschwingung, Bestrahlung oder Kollisionen ist, und wie man es warten und reparieren kann.

runner02

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Re: Space Elevator
« Antwort #755 am: 04. März 2011, 11:46:08 »
Dazu braucht man aber ein Seil.

Wenn man keines hinkriegt, dann hätte man sich das Geld für die Crawler schenken können...

Offline Ruhri

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Re: Space Elevator
« Antwort #756 am: 04. März 2011, 11:52:52 »
Sicher - aber die mögliche Zugbelastung ist da eben nur ein Kriterium unter vielen, und vielleicht noch nicht einmal das wichtigste. Immerhin kann man die ziemlich gut prüfen, indem man einfach mit einer entsprechenden Testapparatur daran zieht. Andere Kriterien dürften erheblich verzwickter zu verifizieren sein.

Ich habe allerdings auch noch von keinem Konzept für die Crawler gehört, das mich wirklich überzeugt hätte. Vielleicht haben wir irgendwann ein Seil, aus dem man einen Aufzug bauen könnte, aber keine passenden Kabinen dazu, weil die Anforderungen jedes mögliche Material überfordern.

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Re: Space Elevator
« Antwort #757 am: 04. März 2011, 14:56:00 »
Wie kriegt man das Seil eigentlich nach oben ? Oder kann man es direkt vor Ort produzieren ?

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runner02

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Re: Space Elevator
« Antwort #758 am: 04. März 2011, 22:14:51 »
Zitat
aber keine passenden Kabinen dazu, weil die Anforderungen jedes mögliche Material überfordern.

Wenn die Kabinen 10 mal schwerer sind, gibt es halt 10 mal weniger Nutzlast.

Ich sehe den Seil als Limitierenden Faktor...

Zitat
Wie kriegt man das Seil eigentlich nach oben ?
Mit einem zweiten Space Elevator :) Und da beisst sich die Katze in den Schwanz ;)

Höchstwahrscheinlich mit konventionellen Raketenstarts. Je nach Materialstärke können das einige wenige bis Vielfache er Zahl 10 sein.

Offline Ruhri

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Re: Space Elevator
« Antwort #759 am: 05. März 2011, 00:28:24 »
Wenn die Kabinen 10 mal schwerer sind, gibt es halt 10 mal weniger Nutzlast.

Ich sehe den Seil als Limitierenden Faktor...

Ach weißt du, ich befürchte Schwierigkeiten, die ein paar Größenordnungen höher liegen, und da könnten mit verfügbarer Technik die Kabinen noch nicht einmal sich selbst mit 0 kg Nutzlast nach oben schaffen. Und selbst wenn du recht hättest - es gibt da sicherlich einen Punkt, an dem die Nutzlast so gering ist, dass ein Raketenstart billiger kommt.

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Offline Klakow

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Re: Space Elevator
« Antwort #760 am: 12. März 2011, 00:36:30 »
Wie kriegt man das Seil eigentlich nach oben ? Oder kann man es direkt vor Ort produzieren ?
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Meine Idee sieht so aus:
1) Zuerst konstruiert man mal einen Schlepper mit großen Sonnensegel wie das auf der Astra Homepage für VASIMIR Triebwerken dargestellt ist.
2) Roboterstation in ein LEO Orbit bringen, welche in der Lage ist ein erstes Teilband von vielleicht 10% der Endbreite zusammen zubauen.
(man befindet sich in der Phase noch in Erdnähe, vielleicht bei oder Nahe der ISS.
3) Dann Stück für Stück die Teile in eine niedrige Umlaufbahn. Am besten mit einer Ariane 5 oder von mir aus einer Atlas-Centauer oder so. Und zwar deswegen weil diese Träger in niedrigen Orbithöhen viel mehr Nutzlast haben.
4) Dann die Teilstücke oder besser Bandfaserteilstücke von z.B. 1/100 der fertigen Bandbreite, mit dem Schlepper von einer vielleicht 200km LEO Orbit bis in das ISS Orbit bringen. Aber vielleicht geht das wegen der ISS Bahn nicht oder ist unpraktisch.
5) Dann hängt man die Roboterstation mit den 10% vom Band An den Schlepper und lässt beim hoch hieven das untere Ende mit einem kleinen Gegengewicht langsam unten raushängen. Das Gesamtsystem hat natürlich dann immer noch eine viel höhere Winkelgeschwindigkeit als als ein Satelit im GEO Orbit.
6) Man bringt das Bandstück so nach oben, so das das untere Ende immer etwas vor hängt von der Senkrechten, um möglichst einen Teil zu hohen Winkelgeschwindigkeit abzubauen. (Ob das geht weis ich allerdings nicht)
7) Das setzt man so lange fort bis man in vielleicht 120.000km am Band Ende ist.
8) Dann lässt man das untere langsam absinken bis man es in der Bodenstation befestigt hat.
9) Dann bringt man die weiteren Teilestücke in LEO Orbits und schleppt sie bis auf GEO höhe zum Lift.
10) Dort nimmt hängt man das eine Ende an einen Roboter der sich am Lift langsam nach unten hangelt. Das andere Ende bringt man unter abwickeln ständig weiter nach außen. Da der untere Teil um ca. 2km/s bis zum Boden abgebremst werden muss und der obere Teil beschleunigt werden muss wird das Band unten etwas in Umlaufrichtung beschleunigt und das ober in die andere Richtung. Da das Band vom Lift auf die Bodenstation etwas Zug ausüben wird, entstehen dabei zwei Kraftvektoren in die gewünschten Richtungen.
Beim fahren beider Zugroboter ins GEO Orbit zurück, können beide das neue Bandmaterial mit dem Hauptband verbinden.



in eine etwas etwas  VASIMR Triebwerken um ca. 2km/s beschleunigen um das Paket in ein GEO Orbit zu bringen.
5) Die Teilbänder quer zur Bandrichtung vielleicht mit sowas ähnlichem wie vernähen zu einem Band verbinden und dabei das eine

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #761 am: 12. März 2011, 07:43:09 »
Guten Morgen,

auf 200km Höhe gibt es keinen stabilen Orbit. Da kannst du mit Stunden rechnen bis die Teile wieder unten sind. GOCE fliegt bei 250 - 260 km und braucht ständig Schub von seinem elektrischen Antrieb.

Die Idee mit dem "vorhängen lassen des unteren Teils während des Hochschleppens, um die Winkelgeschwindigkeit abzubauen" wird so auch nicht funktionieren, zumindest nicht wie du erhoffst (wenn ich dich richtig verstanden habe). Wenn man höher aufsteigt wird man nach den Gesetzen der Orbitmechanik soundso langsamer, obwohl man auf der Bahn beschleunigt. Man muss nicht künstlich abbremsen, um "oben" anzukommen, sondern immer weiter Gas geben.
Beim senkrechten Abrollen eines Seils greift das Gravitationsmoment und versucht das Kabel senkrecht zu ziehen (aus Sicht der Erdoberfläche), also in Rotation zu versetzen (aus Sicht eines Inertialsystems). Den Drehimpuls dazu klaut es aus der Orbitbewegung des Systems. Das Ganze verliert so Orbitenergie und beginnt zu sinken, was zusätzliche Energiezufuhr durch Triebwerke erfordert.

Das hatten vorher schon mal, samt Bild der Kräfte:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=4649.msg140701#msg140701

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Offline Klakow

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Re: Space Elevator
« Antwort #762 am: 12. März 2011, 22:29:16 »
Das die untere Bahn nicht stabil ist, wahr mir schon klar. Entscheidend ist aber das man selbst für eine 400km LEO immer noch ca. 2km/s weniger delta V benötigt. Natürlich muss man den Lift im Prinzip je höher man kommt mehr Bahngeschwindigkeit mitgeben. Dazu ja ein Schlepper mit VASIMR mit Solarplannes. Und das nur deshalb, um dem Sei/Bandl einen zwar langsameren Aufstieg, aber auch einen erheblich Treibstoff einsparenden Transport  zu ermöglichen.
Im Prinzip muss das Liftseil am jedem Punkt später die selbe Winkelgeschwindigkeit haben wie die Erde, nur halt bei zunehmender Höhe halt mehr Geschwindigkeit.
Ich denke normalerweise gibt man einer Rakete einfach im LEO soviel mehr an deltaV um im  Apoapsis der Bahn mit einem Zusätzlichen Impuls auf einer Kreisbahn zu gelangen. Nun ist es ja wohl so das der untere Teil mit 7,8km/s erst mal viel mehr Energie hat als dann wenn der Lift fertig ist. Hierzu muss man den Lift schon eine Schräge mitgeben, weil man ja will das der untere Teil mit zunehmendem Zug weg von der Erde immer langsamer wird. Wenn der untere Bandabschnitt langsamer ist als er eigentlich müsse um nicht runter gezogen zu werden singt er nach unten es sein den, der in höherem Bahnabschnitten liegende  Liftabschnitt ist zu schnell für den Bahnabschnitt. Dann wird etwas nach Außen gezogen, also richtet sich der Lift langsam auf. Es ist natürlich klar das man das deltaV nicht geschenkt bekommt, aber vielleicht gelingt es mit der Methode den Gesamtbetrag von Liftmasse*INTEGRAL(minV/maxV) v(h) nahe am Minimum zu halten.

Offline Ruhri

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Re: Space Elevator
« Antwort #763 am: 13. März 2011, 01:17:00 »
Soll ich dir sagen, was mich an deinen Ideen stört, abgesehen davon, dass Schillrich sie für Quatsch hält? Du benutzt zu oft das Wort "vielleicht". Ich gebe dir einen Ratschlag: Vergiss es einfach - das klappt so auf keinen Fall.

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #764 am: 13. März 2011, 09:06:59 »
Guten Morgen,

ich denke du denkst zu kompliziert (und formulierst vielleicht auch zu unscharf), so dass deine Idee nicht wirklich verständlich ist.

Fakt ist:
  • Wenn man ein Seil senkrecht nach oben und unten im Orbit abrollt, eilt das untere Ende voraus und das obere nach. Das Seil wird quasi "schräg".
  • In dieser Konfiguration greift durch das in Stärke und Richtung inhomogene Gravitationsfeld der Erde das sog. Gravitationsmoment (s. die Kräfte in o.a. Grafik). Dieses Moment kontert das Voraus- und Nacheilen der unteren und oberen Seilabschnitte und zieht das Seil senkrecht. Wenn man die Abrollgeschwindigkeit richtig wählt (ziemlich hoch), dann erreicht man damit bereits, dass die Winkelgeschwindigkeit aller Punkte des Seils gleich der Winkelgeschwindigkeit des Schwerpunkts im Orbit ist.
  • Aus Sicht der Erdoberfläche ruht das Seil dadurch während es wächst. Aus Sicht eines inertialen Koordinatensystems hingegen wird es in (zur Erdoberfläche synchrone) Eigenrotation angeregt.
  • Diese Eigenrotation gibt es nicht zum Nulltarif. Der Drehimpuls der Eigenrotation wird aus dem Drehimpuls des Orbits "geklaut". Die eingezeichneten Kräfte zeigen, dass das Ganze in der Summe abgebremst wird.

Wo an diesen Stellen willst du "eingreifen"? Was soll anders sein? Wo willst du wie sparen?
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Offline Klakow

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Re: Space Elevator
« Antwort #765 am: 13. März 2011, 22:37:11 »
... Wo willst du wie sparen?

Ich denke ich habe dich verstanden.
Sparen will ich bei der Anzahl der nötigen Raketenstarts.
Es ist ja wohl klar, das eine Rakete in einem LEO Orbit mehr Nutzlast absetzen kann als für ein GEO Orbit.
Es ist mir auch klar, das am Ende das Gesamtsystem ein bestimmtes M*v2 benötigt, oder anders ausgedrückt man muss den System einen bestimmten Energiebetrag spendieren, um den Lift in seine Umlaufbahn zu bringen.

Setzt man das (Teil)Seil aber in einem LEO Orbit  aus, braucht man erst mal ein viel kleineres delta v?
Wenn man das restliche delta v mittels VASIMR getriebenen Schlepper bewirkt, braucht man zwar immer noch den gleichen Energiebetrag, aber NICHT die gleiche Treibstoffmasse, wegen dem ISP von mindestens 30km/s anstatt max. 4,65km die man mit chemischen Triebwerken erreichen kann, oder?

Natürlich ist klar, das man die LEO Bahn so wählen muss, das die Abbremsung der Restlufthülle, kleiner ist als den Schub den ein Schlepper erzeugen kann.
Man muss dem Schlepper zwar auch Treibstoff mitgeben, aber halt nur ein Bruchteil dessen den ein chemisches Triebwerk bräuchte.
Man kommt also mit erheblich weniger Raketenstarts aus.
Schöner Nebeneffekt, Nach dem der Lift gebaut ist, hat man den Schlepper für andere Missionen frei.

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #766 am: 14. März 2011, 07:54:24 »
Na das passt. Aber muss man während des langsamen Aufstiegs bereits das Band abrollen? Damit das Gravitationsmoment "effektiv greift" und so das wachsende Seil senkrecht hält, muss es schnell abgerollt werden (ich suche noch mal nach der Quelle), deutlich schneller als der Spiralorbit ansteigt.
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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #767 am: 15. März 2011, 12:51:23 »
Die Wirkung des Gravitationsmoments am Anfang des Abspulens kann man so abschätzen und dabei die "optimale" Abspulrate bestimmen:


Wenn man von einem leichten Seil der länge [tex]r[/tex] mit einer relativ großen Endmasse [tex]m[/tex] ausgeht, dann ist sein primäres Trägheitsmoment [tex]I[/tex] genähert:
[tex]I=mr^{^2}[/tex]

Das Gravitationsmoment ist dann mit Bahnradius [tex]R[/tex], Gravitationsparameter der Erde [tex]\mu[/tex] und Auslenkung des Seils von der Lotrichtung [tex]\alpha[/tex], ebenso genähert:
[tex]M=\frac{3\mu}{R^{^3}}I\alpha[/tex]

Dieses Moment wirkt sobald sich das Seil aus der Lotrichtung um den Winkel [tex]\alpha[/tex]bewegt. Damit wirkt es auf die Eigenrotation des Seils und damit dessen Drehimpuls.

Wenn das Seil von der Erdoberfläche aus gesehen eine stabile Lage behält, rotiert es im Laufe eines Orbits einmal um sich selbst mit der konstanten Winkelgeschwindigkeit [tex]\omega[/tex] und hat damit den Drehimpuls:
[tex]p=I\omega[/tex].

Das Moment [tex]M[/tex] bewirkt eine Änderung dieses Drehimpulses [tex]p[/tex]:
[tex]M=\frac{dp}{dt}[/tex]

[tex]\frac{3\mu}{R^{^3}}I\alpha=\frac{dI\omega}{dt}[/tex]

[tex]\frac{3\mu}{R^{^3}}mr^{^2}\alpha=\frac{dr}{dt}2mr\omega+\frac{d\omega}{dt}mr^{^2}[/tex]

Der letzte Term, die Änderung der Winkelgeschwindigkeit, ist Null, da das Seil sein schon bestehende Rotation ja gerade beibehalten soll. Wenn man jetzt die verbliebenen Terme nach der Änderung der Länge [tex]r[/tex] auflöst, hat man die Wachstumsrate des Seils, bei der unter Winkel [tex]\alpha[/tex] genau dieser Winkel beibehalten wird, weil das Gravitationsmoment genau die "richtige Menge" Drehimpuls an das wachsende Seil liefert:

[tex]\frac{3\mu r \alpha}{2R^{^3}\omega}=\frac{dr}{dt}[/tex]




... in der Hoffnung die Formeln noch richtig zusammenbekommen zu haben ...
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Offline Klakow

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Re: Space Elevator
« Antwort #768 am: 17. März 2011, 22:53:06 »
Das ist schon mal sehr schön, aber das sieht mir irgendwie nach einer Differentialgleichung aus und ehrlich gesagt, seid meinem Studium sind schon gut 22 Jahre vergangen und seid dem begreife ich zwar immer noch das System um das es geht, aber die Praxis ist halt nach über 22 Jahren eingerostet.
Aber vielleicht füllst du das mal mit ein paar Zahlen als Beispiel.

Gruß, U.Klakow

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #769 am: 17. März 2011, 23:16:28 »
Ja, das ist eine Differentialgleichung. Die könnten wir jetzt integrieren, brauchen wir aber gar nicht. dr/dt ist die Abrollgeschwndigkeit. Setze links die gewünschten Werte ein und du bekommst die notwendige Abrollgeschwindigkeit für den links beschriebenen Fall.
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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #770 am: 27. März 2011, 14:30:08 »
Ich habe es jetzt doch mal gerechnet und es zeigt sich wieder mal: Engineering is done with numbers ... Der Fachartikel, der ursprünglich meine Quelle war, lag bei der Abrollrate komplett daneben, samt Fehlern in den dort abgeleiteten Formeln (nicht so die Formeln auf dieser Threadseite ;)).

Es ergeben sich folgende Zeiten für die Wachstumsphase des Kabels, wenn man bei 1m Länge und 10° Abweichung von der Senkrechten im GEO beginnt:

r: 1m --> 1km
t = 361 550 s ... ca. 100 h

r: 1km --> 2km
t = 36 279 s  ... ca. 10 h

r: 2km --> 3km
t = 21 222 s  ... ca. 5,9 h

r: 3km --> 4km
t = ... ca. 4,2 h

r: 4km --> 5km
t = ... ca. 3,2 h

Man beginnt langsam und muss immer schneller werden, um vom Gravitationsmoment immer genau "den richtigen" Drehimpuls nachgeliefert zu bekommen, um bei 10° Auslenkung zu bleiben. Das Ganze gilt nur so lange man die Masse des Kabels gegenüber der Endmasse vernachlässigen kann und so das Trägheitsmoment des Kabels mit I=mr2 angenähert werden kann.
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Poseidon

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Re: Space Elevator
« Antwort #771 am: 29. März 2011, 06:17:02 »
Gibt es eigentlich schon ein Pilotprojekt zum Space Elevator das in der nahen Zukunft realisierbar wäre?

Offline knebel99

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Re: Space Elevator
« Antwort #772 am: 29. März 2011, 09:58:51 »
Schön wäre doch auch mal ein kleiner Modellversuch zum Elevator, ne kleine Zentrifuge die die Erde und einen Satelliten simuliert, der dann ein Kabel ausrollt...

mfg
"Get ready to witness the majesty and the power of Discovery as she lifts off one final time" Commander Steve Lindsey STS133

endrimac

  • Gast
Re: Space Elevator
« Antwort #773 am: 30. März 2011, 14:39:05 »
@Poseidon:

Nein leider nicht, es ist aktuell geplant 2032 einen Aufzug zu bauen, aber dies wird zu einer hohen Wahrscheinlichkeit nicht eingehalten werden können. Schon der alte Termin 2018 wird total verfehlt werden, selbst die Materialen fehlen noch. Wenn du dich informaieren willst hier ein paar Seiten:

http://www.isec.info/
http://www.liftport.com/

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Offline Schillrich

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Re: Space Elevator
« Antwort #774 am: 30. März 2011, 16:42:02 »
Hallo

Schön wäre doch auch mal ein kleiner Modellversuch zum Elevator, ne kleine Zentrifuge die die Erde und einen Satelliten simuliert, der dann ein Kabel ausrollt...

mfg


Was sollte das testen, prüfen oder verifizieren? Interessant und unbekannt sind die realen Größenordnungen eines Space Elevators, keine 20m-Replik.
\\   //    Grüße
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