Space Elevator

So ist es, allerdings hat man nur im GEO die richtige Geschwindigkeit. Ein 'Ausstieg' aus dem Fahrstuhl ist also nur im GEO möglich.

Stimmt! Habe irgendwie nie vorher darüber nachgedacht, dass jeder Punkt des Lifts relativ zur Erde stationär ist, so dass nur im GEO die Erdanziehung überwunden wird. Danke für die Aufklärung!

Zitat

man kann davon ausgehen, dass zu diesem Zeitpunkt bereits fortschrittliche Antriebstechnologien existieren, so dass dann ein Weltraumlift womöglich gar nicht mehr gebraucht wird.

Woran denkst Du da? Bin gespannt....

An etwas bestimmtes habe ich da nicht gedacht. Ich gehe nur davon aus dass 100 Jahre genug Zeit sind, um die Antriebe, deren Entwicklung jetzt in Kinderschuhen steckt, zur Realisierung zu bringen und möglicherweise um neue Antriebstechniken zu entwickeln, die wir uns zur Zeit nicht vorstellen können.

Aber ein Paar vorsichtige (sprich pessimistische) Schätzungen könnten wir versuchen: ich denke in 100 Jahren wird uns auf jeden Fall ein einstufiges wiederverwendbares luftatmendes (Scramjet) Trägersystem zur Verfügung stehen, mit dem die Kosten für den Transport in den LEO drastisch gesenkt werden können. Für höhere Orbits und weiterreichende Flüge könnte es bereits nuklear- bzw. fusionsgetriebene Oberstufen (ohne radioaktive Ausstöße natürlich ) oder sogar eher zwischenorbitale Fähren mit solchen Antrieben geben. Die gleichen Antriebe würden übrigens auch interplanetare Flüge drastisch vereinfachen.

Also meiner Meinung nach ist der Weltraumlift ein vielversprechendes Konzept. Schade das es noch kein Material entwickelt wurde, das stark genug ist den enormen Kräften stand zu halten. Man braucht übrigens kein Raketenantrieb um den Erdorbit zu verlassen, sondern man fährt das Seil einfach noch weiter hoch, also über den Geostationären Orbit hinaus. So erreicht man ebenfalls Fluchtgeschwindigkeit.

Es lassen sich über den GEO-Aufzug Umlaufbahnen in allen Höhen erreichen, auch LEO und MEO und das mit sehr wenig oder gar keinem zusätzlichen Energieaufwand. Wenn man einmal im GEO ist hat man den LEO automatisch mit in der Tasche, da ersterer eine weitaus energetischere Umlaufbahn ist. Fragt mich jetzt nicht, wie genau die entsprechenden Manöver aussehen, ich habe dazu mal eine PP-Präsentation gesehen, die ich aber im Moment nicht mehr finde. Auch die Planeten und Asteroiden sind gut zu erreichen, der Mond weniger.

Langfristig ist der Weltraumaufzug wohl die einzig realistische Option (von der wir im Moment wissen), um die Startkosten in den einstelligen Bereich (pro Kilogramm) zu drücken.

@ Gero:
Für den Antriebsbedarf vom GEO zum LEO oder Mond siehe meinen Beitrag vom 8.4. weiter oben.
Um z.B. vom GEO zu einer niedrigen Umlaufbahn zu kommen, muß man zunächst einmal abbremsen, um ca. 1500 m/sec. Das sinkt der erdnächste Punkt (Perigäum) des Orbits auf z.B 150 km, der erdfernste Punkt bleibt bei 36.000 km. Gleichzeitig kann man dabei die Inklination ändern.
Das ganze entspricht der Umkehrung des Einschusses eines Satelliten vom GTO in den GEO.
Um dann den Orbit zu zirkularisieren, muß man im Perigäum nochmals abbremsen, dafür muß man nochmals ca. 2300-2400 m/sec aufwenden. Umsonst ist das Ganze also nicht, aber doch seeeehr viel günstiger, als von der Erdoberfläche aus.

Moin,

so, jetzt habe ich die verschiedenen Beiträge zusammengefasst in die eien Thread.

Jerry

Nach einer Vorbereitungszeit von 6 Monaten fand der Wettbewerb zur Erbprobung von Technologien statt, die für einen Weltraumlift benötigt werden.

4 Teams nahmen am "Tether Challenge" teil, worin Ringe, die zum großen Teil aus CNT's (Carbon Nano Tubes = Kohlenstoff Nanoröhren) einem Reißtest unterzogen wurden. Sie mussten bei einem Eigengewicht von 2 Gramm eine Last tragen können, die mindestens 50% höher ist als die, welche der Referenzring der Nasa halten kann. Jedoch war der Referenzring selbst der stärkste, er hielt ein Gewicht von 590 kg bevor er riss. Der stärkste Kandidat ist bei einem Gewicht von 544 kg gerissen.

7 Teams nahmen Teil am Beam Power Challenge, wobei es darum geht, dass Kletterroboter, betrieben durch Solarzellen durch die Energie von Scheinwerfern, es schaffen mussten, ein 61 meter langes Kabel hoch zu klettern. Fast alle Roboter scheiterten an der geringen Energiezufuhr durch den Scheinwerfer; der beste Roboter schaffte es 12 meter empor zu klettern.

Die Preisgelder in Höhe von 2x 50.000 Dollar wurden von der Nasa einbehalten, da kein Teilnehmer die Anforderungen erfüllt hat.

(Titel geändert, Jerry)

Ja, auf diese Challenge hatte ich ja schon mal aufmerksam gemacht. Dass man nicht die entsprechenden Ziele erreichen konnte, lag zum einen an der kurzen Vorlaufphase von den besagten knappen 6 Monaten. Unter diesem Gesichtspunkt war die NASA doch sehr zufrieden und hatte auch nciht unbedingt mit einem Gewinn des preises gerechnet.
Bei der Beam Power Chanlenge kommt noch dazu, dass man im nächsten ja eigene Strahlungsquellen nutzten kann(z.B. Laser), sodass sich damit wesentlich bessere Ergebnisse erzielen, vorallem die starke Intensitätsabnahme machte dabei zu schaffen.

Hier mal ein Link zur Competition: http://www.elevator2010.org/site/competition.html

Ja, den großten Vorteil fürs nächste Jahr sehe ich auch einerseits in der längeren Vorbereitungszeit und andererseits darin, dass jegliche Art der elektromagnetischen Strahlung benutzt werden darf (ich nehme an, dass Strahlen die für organisches Gewebe schädlich sind und deshalb ausgeschlossen werden, habe aber keine konkreten Informationen darüber) - also ist es jedem Hersteller selbst überlassen welche EM-Wellen er für die Energieübertragung benutzt.

Moin,

wir hatten uns gerade in den letzten Tagen mit diesem Thema befasst und waren fast sicher, dass es in der Zukunft solch ein Transportsystem geben wird, da kam jetzt diese ernüchternde Nachricht ( Morgenwelt.de vom 23.05.2006)

Weltraumfahrzeug - Aus der Traum?


Sie sind der Traum vieler Raumfahrt-Enthusiasten: Weltraumfahrstühle, die an ultrastabilen Seilen aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen billig Nutzlasten ins All befördern. Nun hat diese Vision einen unerwarteten Dämpfer erhalten.

Berechnungen eines italienischen Forschers zeigen, dass unvermeidliche Defekte in den Nanoröhrchen die Seile schließlich so sehr schwächen, dass der Bau eines Weltraumfahrstuhls unmöglich ist. Der Wissenschaftler veröffentlicht seine ernüchternden Ergebnisse demnächst im Fachblatt "Journal of Physics: Condensed Matter".

"Mit der heute verfügbaren Technologie ist der Bau eines Weltraumfahrstuhls nicht möglich", lautet der eindeutige Befund von Nicola Pugno vom Politecnico di Torino. Zwar besitzen Nanoröhrchen eine geradezu unglaubliche Zugfestigkeit von 100 Gigapascal, die sie als idealen Werkstoff für die Seile eines Weltraumfahrstuhls erscheinen lassen. Doch bei der Herstellung des Materials lassen sich Strukturfehler nicht vermeiden. Das Fehlen eines einzigen Kohlenstoffatoms vermindert die Festigkeit bereits um 30 Prozent, so Pugno. Und solche Fehler treten bereits alle vier Mikrometer auf. Noch gravierender ist das gleichzeitige Fehlen mehrerer Atome, dass zwar statistisch seltener ist, aber über die enorme Länge eines Weltraumfahrstuhls häufig genug vorkommt, um das Seil für den Lastentransport ins All untauglich zu machen.

Das Seil eines Weltraumfahrstuhls müsste eine Zugfestigkeit von mindestens 62 Gigapascal besitzen. Nach den Berechnungen von Pugno lassen sich jedoch selbst unter den besten Fabrikationsbedingungen kaum mehr als ein Gigapascal erzielen. Zudem bestünde die Gefahr, dass das Seil durch Mikrometeoriten und chemische Erosion in der Atmosphäre weiter geschwächt würde. So bleibt die Vision von Arthur C. Clarke wohl vorerst ein unerfüllbarer Traum.


Jerry

Moin,

dazu gibt es jetzt einen sehr interessanten Bericht vom Arbeitskreis Prof. Dr. Florian Banhart von der Johannes Gutenberg Universität Mainz.

Nachzulesen hier (Pdf-Datei) >>>>>



Jerry

Hallo jerry,

wirklich ein interessanter Beitrag!

Vor allen Dingen folgender Satz:
Experimente, die seit kurzem an der Universität Mainz unternommen werden, haben nun gezeigt, dass die hohe Stabilität von Nanoröhrchen auch dann erhalten bleibt, wenn Kohlenstoffatome in den graphitischen Lagen fehlen.

Und weiter:
... Die Graphitstruktur heilt sich somit selbst, wenn Atome fehlen, und behält auch ihre hohe Reißfestigkeit. Allerdings nimmt ihre Oberfläche ab, so dass die zylindrisch geschlossenen Graphithüllen kontrahieren.

Damit hat sich doch die Behauptung von dem italiensichen Forscher als falsch herausgestellt, oder?

Das heißt also wir können weiter träumen.

Hallo,

vor ein paar Tagen verkündete die japanische Regierung so um die 5 Milliarden Euro zielgerichtet für Forschung und Entwicklung eines Weltraumaufzugs auszugeben.

Hier ein paar Quellen dazu (findet jemand was auf deutsch?):
http://www.timesonline.co.uk/tol/news/uk/science/article4799369.ece
http://www.abc.net.au/news/stories/2008/09/24/2372988.htm

Ich wollte das mal mit Euch andiskutieren, weil ich selber noch schwanke zwischen "nicht so richtig ernstnehmen" und "juchhuu!". Ich meine, min 5 Mrd. Euro sind kein Pappenstiel! Sicher geht es erstmal darum grundlegende Technologien und Techniken zu entwickeln und zu testen und der Bau selbst liegt noch ein bis zwei Jahrzehnte in der Zukunft. Aber trotzdem finde ich die Initiative echt gut, sogar erstaunlich. 5 Mrd. für die Forschung an einem potentiell revolutionären, aber doch so sehr risikobehafteten Projekt bereitzustellen - nicht schlecht Japan!

Und was sagt Europa dazu? Wollten wir nicht im Rahmen der Lissabon-Strategie bis 2010 zum "wettbewerbsfähigsten und dynamischsten wissensgestützten Wirtschaftsraum der Welt", oder so, werden?!  

edit:
Ist denn überhaupt die japanische Regierung, die hier Geld bereitstellen will? Oder handelt es sich mehr um eine Idee bzw. Forderung? Aus den Artikeln oben wird man jedenfalls nicht so recht schlau! :-?

"Japan is increasingly confident that its sprawling academic and industrial base can solve those issues, and has even put the astonishingly low price tag of a trillion yen (£5 billion) on building the elevator. Japan is renowned as a global leader in the precision engineering and high-quality material production without which the idea could never be possible."

So wie ich den Absatz verstehe, werden die Baukosten auf fünf Milliarden Pfund geschätzt - nach der Lösung der anstehenden Probleme. Von einer Finanzierung ist da keine Rede.

René

So wie ich den Absatz verstehe, werden die Baukosten auf fünf Milliarden Pfund geschätzt - nach der Lösung der anstehenden Probleme. Von einer Finanzierung ist da keine Rede.

René

Hätte mich auch stark gewundert.Hoffentlich stecken sie das Geld in ihr bemanntes HTV -Program.

Diese Space Elevator Geschichte ist, falls es mal läuft, doch sehr Treibstoff verbrauchend.Der Verankerungspunkt im Weltall (bei wieviel KM Höhe?) müßte doch andauernd stabilisiert werden.Nur so ist eine Gefahr des Ausreißens zur Bodenverankerung gebannt.

Ricardo

Diese Space Elevator Geschichte ist, falls es mal läuft, doch sehr Treibstoff verbrauchend.Der Verankerungspunkt im Weltall (bei wieviel KM Höhe?) müßte doch andauernd stabilisiert werden.Nur so ist eine Gefahr des Ausreißens zur Bodenverankerung gebannt.

Ricardo

Der Verankerungspunkt muss nicht mit Treibstoff stabilisiert werden, das erledigt die Zentrifugalkraft. Das Ende muss je nach Gegengewicht in eine Höhe von ca. 50.000km-100.000km. Die Gravitationskraft nimmt mit 1/r^2 ab, die Zentrifugalkraft mit r zu. Im Geostationären Orbit sind beide Kräfte gleich groß. Dort wäre also der Ausstiegspunkt. Und die Orbitgeschwindigkeit hat man im GEO dann auch.

Das Hauptproblem ist so ein starkes und langes Seil aus Nanoröhrchen herzustellen. Noch gibt es kein Material was das aushält.

Was mich wundert, ist, wie man ein solches Kabel gegen aeussere Einwirkungen absichern will. Man mag ja fuer die ersten 10 Kilometer in der Lage sein, den Luftraum entsprechend zu kontrollieren und abzusichern. Aber wie sieht es darueber aus ? spaetestens ab 80 km fliegt allerhand Schrott, aber auch normale Satelliten mit hoher Geschwindigkeit herum, was m. E. ein ziemliches Risiko darstellt. Vor allem, weil man mit dem Kabel keine Ausweichmanoever fliegen kann, wie es ein Raumschiff das kann, wenn ein Kollisionskurs rechtzeitig erkannt wird.

@tobi453
Wenn es nur den einen Austiegspunkt im GEO gibt, dann ist die Konstruktion ineffizient.Man muß dort aussteigen oder abtrennen, wo die Orbits der erdnahen Satelliten sind.Aber ich glaube es wird da auch Austiegsmöglichkeiten geben.

Das mit dem Schutz des Seils ist gar nicht so abwägig.Kontrollierte Lufträume lassen sich definieren und auch danach steuern.Aber Trümmerteile oder Restfragmente oberhalb dr Atmosphäre sind nicht mehr beeinflußbar.

Ricardo

hallo Ricardo,

wenn ein Seil von der Oberfläche bis in den GEO reicht, dann kann man natürlich auch zwischendurch einfach anhalten und eine Nutzlast aussetzen, welche dann nur noch ein wenig manövrieren muss, um ihre Orbitgeschwindigkeit zu erreichen.
Ein Spaceelevator funktioniert aber nur, wenn das Seil bis in den Bereich des GEO, und darüber hinaus reicht. Der Schwerpunkt der gesamten Konstruktion muss im GEO liegen, also muss es zum Seil "darunter" ein Äquivalent "darüber" geben.

Wenn man die Nutzlast hinter dem GEO loslässt kann man ihr auch einen Geschwindigkeitsschub geben und sie zum Beispiel zum Mars schleudern. Oder aus dem Sonnensystem raus.

Und man kann sich fragen wie lang das Seil sein muss, damit die Nutzlast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird.

Es gibt unterschiedlichste Gefahren für das "Seil" (Space Tether).
Um nur ein paar zu nennen: Flugzeuge, Satelliten, Meteoriten, Micrometeoriten...

Denkbar wären folgende Maßnahmen:

1. Flugraumüberwachung

2. Ablenken des Seils durch einen Fahrstuhl mit Steuerdüse. Dieser bewegt einfach das Seil nach links oder rechts und schon fliegt das "Gefahrenteil" vorbei.

3. Mehr als ein Seil, so das Redundanz besteht.

4. Spezielle Konstruktion des Seils, so das es nicht gleich gekappt wird. Siehe: http://www.tethers.com/Hoytether.html

Sicherlich wäre aber eine andauernde Pflege und Instandhaltung des Seils nötig.

Viel interessante Aspekte/Probleme werden hier beschrieben: http://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator
Die Deutsche Version des Artikels ist leider nicht so ausführlich an dieser Stelle.

Und man kann sich fragen wie lang das Seil sein muss, damit die Nutzlast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird.

"Gib mir einen Hebel, der lang genug ist, und einen Punkt, an dem ich stehen kann, und ich hebe die Welt aus den Angeln."

Das war in der Theorie auch möglich ...

Das Ende muss je nach Gegengewicht in eine Höhe von ca. 50.000km-100.000km. Die Gravitationskraft nimmt mit 1/r^2 ab, die Zentrifugalkraft mit r zu.

Wuerde dieses Gegengewicht denn nicht von der Mond-Gravitation beeinflusst ? 100.000km sind immerhin ein viertel der Strecke zwischen Erde und Mond.

Guten Morgen Wolfgang,

die Größe ist egal. Schon für normale Satelliten muss man den Einfluss von Mond und Sonne mit einrechnen, möchte man ihre Orbits genau vorhersagen.

Noch ein Detail zur Gegenmasse:

Das muss nicht ein ähnlich langes Kabel sein, wie das zur Erde reichende. Man muss nur eine ausreichend große Masse so passende "außen" positionieren, dass sie zusammen mit der Masse des "darunter" liegenden Seils den Schwerpunkt im GEO hält.
Dabei muss man zwischen folgenden Aspekten das Optimum finden:

• Ein kurzes äußeres Seil muss nicht so weit/lang gebaut werden, braucht aber mehr Masse, um den Schwerpunkt zu beeinflussen.
• Ein langes äußeres Seil benötigt weniger Masse, ragt dafür aber weit in den Orbit hinaus.

Natürlich sind Masse und Länge miteinander gekoppelt.