Space Elevator/Weltraumfahrstuhl

Der Lift wäre übrigens wesentlich länger als 36000 Kilometer. Weil man ein Gegengewicht braucht, das den Lift vor'm Abstürzen bewahrt. Das entsteht nur, wenn ein Teil des Lifts sich schneller um die Erde dreht, als es der Orbit verlangt. Im simpelsten Fall also die doppelte Länge.

@Thaddeus
Versteh ich nicht. Das obere Ende des Lifts muss sich schneller drehen als die Erde? Dann wickelt sich das Teil ja um die Erde!

@leakim
Ist ziemlich einfach:
Wikipedia: Geosynchrone Umlaufbahn

Der Sonderfall einer kreisförmigen Umlaufbahn mit Drehrichtung Osten und einer Bahnneigung von 0° heißt geostationär. Die Bahngeschwindigkeit ist dabei stets 3,075 Kilometer pro Sekunde (km/s) (=11.070 km/h), und der Bahnradius beträgt 42.157 km. Dies entspricht einem Abstand von etwa 35.786 km von der Erdoberfläche.

Hatte schon mal jemand die Musse auszurechnen, welche Masse bzw Hoehe die Endstation haben muss damit das Plus an Flieh das Kabel und Nutzlast tragen kann?
:pony:

@leakim
Lediglich genauso schnell wie die Erde. Aber 'genauso schnell wie die Erde' erzeugt Fliehkraft, wenn es außerhalb des geostationären Orbits geschieht. Der Lift bleibt eine gerade Linie aber das Gegengewicht zieht am Lift, damit er oben bleibt. Wenn der Lift nur bis 36k ginge, dann gäbe es nichts, was ihn oben hält, denn 36k ist +-0, während das beträchtliche Gewicht den Lift nach unten zieht. 24Stunden ist für alle Teile unterhalb 36k zu langsam, um sie oben zu halten.

Du kannst jedem Abstand von der Erde eine Geschwindigkeit zuordnen, die ein Gleichgewicht erzeugt. Schneller bedeutet, sich von der Erde zu entfernen, langsamer bedeutet plumps.

Du kannst es auch so betrachten. Jedes Ding hat einen Schwerpunkt. Und der liegt nie gänzlich am Rand eines Gegenstands, sondern weiter innen. Dieser Schwerpunkt muß etwas außerhalb des geostationären Orbits zu liegen kommen, damit nichts passiert und der Lift eine Grundspannung hat bzw Lasten tragen kann. Also muß der Lift über die 36k hinausragen.

Bei dem Liftseil liegt er allerdings nicht genau in der Mitte, weil das Seil oben viel dicker ist als unten am Boden.

@leakim

leakim schrieb:Das obere Ende des Lifts muss sich schneller drehen als die Erde?

Nein, das obere Ende des Lifts muss sich – genau wider der Rest des Fahrstuhls – genau so schnell um die Erde drehen, wie es die Erde selber tut… also in 24h einmal rum.

Ich hole mal etwas aus. Ein Satellit in einem niedrigen Orbit benötigt für eine Umkreisung der Erde knapp 90 Minuten – die ISS z.B. braucht in ihrer knapp 400 km Höhe etwa 92 Minuten für eine Umrundung.
Beschleunigt man nun einen Satelliten, steigt er zwangsläufig auf eine höhere Umlaufbahn. Witziger weise benötigt er dann aber mehr Zeit für eine Erdumrundung. GPS-Satelliten beispielsweise sausen in einer Höhe von 20.200 km um die Erde. Dafür benötigen sie allerdings etwa 12 Stunden.

Als Daumenregel kann man sagen: Je höher die Umlaufbahn, umso länger benötigt ein Satellit für eine Umkreisung.

Halten wir fest: wäre die ISS mit einem Kabel verbunden, würde sich das in der Tat sehr schnell „um die Erde wickeln“. Ein „kabelgebundener“ GPS-Satellit bräuchte da schon etwas länger bis es zu „Verwicklungen“ kommt.

Nun gibt es theoretisch – und auch äußerst praktisch – eine Höhe, in der der Satellit 24 Stunden für eine Erdumrundung braucht (35.786 km). Fliegt er dann noch in die richtige Richtung, sprich; überm Äquator genau in Richtung Osten, dann „steht“ der Satellit von der Erde aus gesehen immer an derselben Stelle über der Erde (typisch für Fernsehsatelliten und Wettersatelliten). Würde man hier nun ein Seil spannen, würde sich das nicht um die Erde wickeln… man könne gedanklich daran hochklettern oder einen Fahrstuhl daran hochziehen. Das ist die Grundidee des Weltraumfahrstuhls.

Blöderweise wäre nun aber alles was sich unterhalb des „angeleinten“ Satelliten befände zu langsam um von selbst seine Höhe zu halten. In dem oben gezeichneten Bild wäre der Satellit zwar in seinem Orbit, nur würde das Seil ihn aber unweigerlich nach unten ziehen. Genau darauf bezieht sich @Thaddeus . Der Weltraumfahrstuhl hätte genau das selbe Problem.

Das Spiel mit der Höhe und der Orbitalgeschwindigkeit lässt sich aber noch fortführen. Würde man unseren (nicht angeleinten) Satelliten noch weiter beschleunigen, wurde er natürlich noch weiter in seiner Flughöhe steigen – und noch länger für eine Erdumrundung brauchen.

Kurz gesagt, alles, was unterhalb eines sog. geostationären Orbits 24h für eine Umrundung benötigt zieht nach unten. Und alles, was oberhalb eines GEO in „nur“ 24h um die Erde saust, zieht nach oben. Thaddeus Vorschlag mit der doppelten Seillänge gleicht beide Effekte einfach aus, damit die gesamte Konstruktion des Fahrstuhls in sich stabil bleibt.

Es gibt auch einen Vorschlag, der ohne doppelte Seillänge auskommt. Demnach müsste man „einfach“ einen größeren Asteroiden einfangen und ihn nur etwas oberhalb der 36.000 km als „Anker“ für den Fahrstuhl einsetzen. Die hohe Masse und der für seine Höhe zu schnelle Orbit würden dann das Seil spannen.

Grüße zalesi

Die Idee mit dem Asteroiden ist genial, weil es stinketeuer ist, soviel Gewicht in den Orbit zu bekommen. Hör' ich zum ersten Mal.

Puh, das wäre ein Eiertanz. Spart das Treibstoff? Denn die Energie, die den Satelliten nach außen schiebt, während das Seil nach unten wächst, muß ja auch da hoch. Oder geht der Asteroid in einen langsameren Orbit und der geostationäre Orbit wird erst erreicht, wenn das Seil bereits fast seine ganze Länge hat?

Das sollen gebildetere Leute ausrechnen. Ich mag Katapulte lieber. Da ist die Technologie schon vorhanden und das knallt so schön.

Auf die Schnelle hab ich jetzt das hier gefunden:


Naja, aber ob 36.000 km Seil oder 72.000 km Seil oder Asteroid… das kommt mir alles eher wie "Fi" als "Sci" vor.

Eine Sache ist mir aber noch nicht so richtig klar geworden:

Das Thema wird ständig gehypt. Und überall gibt es die Sprüche wie, „wir brauchen nur noch das richtige Material“ oder „das ist nur noch eine technische Herausforderung“… Die Kosten der Raumfahrt würden sich extrem verringern. Der Weltraumtourismus wäre für jeden erschwinglich…

Hin und wieder gibt es Mahner, die zu bedenken geben, dass der Space Lift auch gut gegen Weltraumschrott geschützt sein müsste. Ja, das ist wohl offensichtlich aber nicht konsequent gedacht.

Ich frage mich dann aber immer, wie werden denn alle aktiven Satelliten vor dem Space Lift geschützt??? Jeder, wirklich jeder Satellitenorbit kreuzt den Äquator zwangsläufig. Da stelle ich mit so ein massives Hindernis, wie einen Weltraumfahrstuhl als recht fatal vor.
Ein Weltraumfahrstuhl würde doch jeden Betrieb eines Satelliten unterhalb seiner Spannweite effektiv unmöglich machen…
Oder stehe ich da jetzt irgendwo auf der Leitung?

Und wenn der Fahrstuhl nicht 100% stramm sitzt und mit Richtungsdüsen auf einer Laufkatze aus dem Weg geschoben wird? 1000 Meter Platz sind bei 36000Km Länge sehr wenig. Prinzip Torrero. Olé!

Aber es stimmt schon: Weltraumschrott, Kosmische Strahlung, Windlast, Reparatur, es gibt da einen Haufen Details. Da ich keinen bauen werde, wühl' ich mich jetzt nicht durch die Nasabestände.

Wenn ich mich nicht verrechnet habe, dann hebt sich der Fahrstuhl grob 5 Zentimeter, wenn er in der Mitte 1000 Meter ausgelenkt wird. Die Details dürften wesentlich komplexer sein.

zalesi schrieb:Ich frage mich dann aber immer, wie werden denn alle aktiven Satelliten vor dem Space Lift geschützt??? Jeder, wirklich jeder Satellitenorbit kreuzt den Äquator zwangsläufig.

Man müsste dem Lift erste Priorität zuweisen und die Umlaufbahnen von Satelitten entsprechend anpassen. Etwas Spielraum würde eine schwimmende Plattform bieten, die ihre Position verändern kann.

Thaddeus schrieb:Prinzip Torrero. Olé!

Hihi, ein Space Lift, der mal eben den Bauch einzieht… das ist bestimmt nicht wirklich effizient (energetisch). Da ist es auch egal aus welchem Wundermaterial das Seil besteht. Die Masse, die da bewegt werden müsste bleibt dennoch gewaltig.

Trotzdem – schönes Bild :-) …Olé!

Thaddeus schrieb:Wenn ich mich nicht verrechnet habe, dann hebt sich der Fahrstuhl grob 5 Zentimeter, wenn er in der Mitte 1000 Meter ausgelenkt wird. Die Details dürften wesentlich komplexer sein.

Kann es sein, dass du dich tatsächlich verrechnet hast? Sollte sich der Fahrstuhl nicht eher senken, wenn er in der Mitte ausgelenkt wird. Oder zählt das zu den komplexeren Details?

… Olé!

Wo das ausgeglichen werden sollte, kann ich als Nichtingenieur nicht beurteilen. Aber wenn Du ein 36000Km Seil um 1Km in der Mitte seitlich bewegst, wird der Abstand zwischen den Enden gerade einmal 5cm kürzer.

Ich hab' halt gedacht, der untere Teil ist leichter als der obere. Wahrscheinlich ist es eine Milchmädchenrechnung.

Vk = 2 * (18 000 000 - sqrt(18 000 000 * 18 000 000 - 1000 * 1000))

Stimmt, die Gesamtmasse des Seils ist gigantisch. Aber ich will's ja auch nicht bauen. Dann muß man halt Satellitenverbotsschilder ans Seil kleben.

Celladoor schrieb:Man müsste dem Lift erste Priorität zuweisen und die Umlaufbahnen von Satelitten entsprechend anpassen.

Ja, das sehe ich ein… wenn wirklich mal so ein Ding gebaut werden sollte, hätte es definitiv erste Priorität.

Ich kann mir nur nicht vorstellen, dass es möglich ist, Satellitenorbits dauerhaft so einzustellen, dass sie ohne häufige Korrekturen am Fahrstuhl vorbei fliegen. Nicht falsch verstehen, die Berechnung solcher Orbits ist ohne weiteres möglich und auch nicht mal kompliziert (glaube ich)… aber aufgrund unterschiedlicher Störfaktoren, sind solch Orbits niemals dauerhaft stabil und bedürfen immer wieder Korrekturen.

Celladoor schrieb:Etwas Spielraum würde eine schwimmende Plattform bieten, die ihre Position verändern kann.

Das klingt auf den ersten Blick nach einer echt genial-einfachen Lösung. Aber auch die Trägheit einer schwimmenden Basis stelle ich mir doch recht gewaltig vor.

Aber ich will den Space Lift eigentlich garnicht madig machen – ich finde die Vorstellung ausgesprochen faszinierend… aber eben genauso faszinierend, wie den Warbantrieb.

Thaddeus schrieb:Dann muß man halt Satellitenverbotsschilder ans Seil kleben.

Verdammt! Jetzt muss ich meinen Bildschirm putzen!
:-) :-) :-) :-) :-)

Du sollst doch nicht mit vollem Mund lesen.

Der Artikel ist aufschlußreich:
Wikipedia: Space elevator safety
Gibt's natürlich nicht auf Deutsch. Ich weiß schon, warum ich Englisch als Erfolgssprache deklariere.

Scheint so, als wäre Redundanz ein wichtiger Faktor. Mehrere Seile auf Abstand, von denen ein paar beschädigt werden dürfen dürfen. Ich bezweifle, daß es auf dem Gebiet viele ungestellte Fragen gibt.

Die Aussage, die Masse des Seils sei gigantisch, ist übrigens falsch. Die Designs gehen laut Artikel von 1Kg pro Km aus. Selbst wenn es insgesamt ein paar tausend Tonnen wären, die lassen sich verschieben. Bei einer Idee mit schwimmender Basisstation durch Bewegen derselben.

Thaddeus schrieb:Die Aussage, die Masse des Seils sei gigantisch, ist übrigens falsch.

Ok, habs mir durch gelesen.

[…] proposed initial cables have very low mass (roughly 1 kg per kilometer) […]

Mal abgesehen davon, dass der Artikel – und auch ausdrücklich der Absatz auf den du dich beziehst in der Wikipedia selbst als nicht ausreichend belegt gekennzeichnet ist, finde ich den Artikel wirklich sehr interessant, danke für den Tipp.

Das rückt dann den Fahrstuhl für meinen Geschmack noch deutlich weiter in Richtung Warp-Antrieb. Da ist ja die Aussage, „Wir benötigen nur ein geeignetes Material“ genauso sinnvoll wie „Man muss nur einen Weg finden, ausreichend Antimaterie herzustellen.“ – Alles nur ein technisches Problem.

Und dieses kg/km-Seil hält dann wirklich dem Zug für die Spannung des Seils stand UND kann auch noch einen oder gar mehrere Climbers/Gondeln tragen? Respekt!

Und diese Verheißung steckte wirklich [bis vor kurzem] in den Carbon Nanotubes?

Jetzt kommt dann aber wieder die auch von dir schon erwähnte Redundanz ins Spiel – verbunden mit Abstandshaltern und Versteifungselementen („struts“ im Text). Da wächst die Masse des Seils ja dann doch wieder auf ein vielfaches von kg/km.

Gut, vielleicht kommt man dann auch nicht gleich auf mein „gewaltig“ aber so richtig rund ist dass alles irgendwie noch nicht.

Grüße