Antriebs-Techniken

[julian apostata]

Ich habe es im Roman noch einmal nachgelesen: Der Asteroid ist in 143.000 km Höhe (von der Plattform auf der Erde aus) angebracht.

Okay, hier muss ich doch noch ein klein wenig Physik einbringen. Wir stehen also am Äquator und haben ein Gewicht. Dieses Gewicht setzt sich aus 2 widersprüchlichen Faktoren zusammen.

1. Die Schwerkraft, sie zieht uns nach unten
2. Die Zentrifugalkraft, verursacht durch die Erdrotation, sie zieht uns nach oben.

Nahe der Erdoberfläche kann man natürlich (2) gegenüber (1) vernachlässigen.

Das ändert sich allerdings mit zunehmender Höhe.

Diskussion:Weltraumlift ? Wikipedia



Und jetzt errichten wir ausgehend von der Erdoberfläche eine Säule. Diese hat zunächst einmal ein nach unten gerichtetes Gewicht (Gravitation).

Die blaue Linie (Fliehkraft) ist erst mal vernachlässigbar, aber je weiter wir uns von der Erde entfernen, desto größer wird das “negative Gewicht”

Und wenn nun die Säule 144 000 Kilometer hoch ist, so ist das “negative Gewicht” genauso groß wie das “positive Gewicht“, der ganze Aufzug also insgesamt schwerelos.

Würde man an dessen Ende jetzt noch einen Asteroiden befestigen, dann würde dieser mit seiner Fliehkraft die ganze Anlage wieder weit ins All hinaus befördern.

Also, so wie es ausschaut, hat Frank Schätzing die Sache völlig unnötig verkompliziert. Es reicht im Prinzip nur ein 144 000 km langes Seil, dessen Schwerpunkt sich im geostationären Punkt befindet…

…denn die 108 000 Kilometer nach aussen entwickeln genauso viel negative Schwerkraft, wie die 36 000 Kilometer nach unten an positiver Schwerkraft entwickeln.

[Marschall Q]

Naja, wie schon gesagt hab ich im Buch noch keine Lösung für das von euch aufgeworfene Problem mit dem Ateroiden.
Ich habe lediglich alle bis Seite 225 (wo ich grad bin) gefundenen Details zum Weltraumfahrstuhl gesammelt, und bin sicher keine übersehen zu haben.
Und wie ebenfalls schon gesagt, halte ich Schätzing für einen gewissenhaften Rechercheuer, der viele Experten und Wissenschaftler in der Danksagung seines Romanes aufführt; und darin ist sicher auch ein Experte für Weltraumfahrstühle .

Ich habs gerade hinten im Buch nachgeschlagen: Die Experten, die er für die Wissenschaftlichen Details in Bezug auf Raumfahrt und Physik interviewt hat sind Männer und Frauen von der ESA, Teilnehmer der russichen MIR-Mission, des DLR, einige Astronauten, darunter Thomas Reiter; und auch der TV-Moderator und Physiker Ranga Yogeshwar. Also keine Laien auf dem Gebiet, zu dem der Fahrstuhl zählt.

[julian apostata]

Okay, folgende Formel hab ich auf Wikipedia selbstständig abgeleitet und die daraus folgenden Werte stimmen haargenau mit den Zahlenangaben im Artikel überein.

Wenn man für r0 ca. 6700 km wähl und für r1 ca 150 000 km, dann kommt für F=0 raus und ein Asteroid ist da so überflüssig wie ein Kropf!

(A=Seilquerschnitt, d=Dichte des Seils, u=Erdmasse*Gravitationskonstante, w=Winkelgeschwindigkeit der Erdrotation)



Und gerne erklär ich auch noch mal, was man tun müsste um einen Asteroiden (völlig überflüssigerweise) zur Erdbahn herunter stürzen zu lassen.

Zweites Keplersches Gesetz

Bei diesem sehr schönen Applet kann man sich ja beliebige Planetenbahnen selber basteln und es reichen 2 einfache Zahlenangaben.




Erst mal simulier ich eine Kreisbahn eines Ateroiden.

a=2,5 e=0

Man sieht, das ergibt eine Kreisbahn mit konstanten 18,9 km/s

Und jetzt gebe ich ein:

a=(2,5+1)/2=1,75 e=(2,5-1)/(2,5+1)~0,429

Und jetzt sieht man, beim bahnfernsten Punkt müsste man ihn auf 14,2 km/s runter bremsen, also 4,7 km/s wegnehmen!

Welch gigantischer Aufwand!

Und was dabei schief gehen kann, wenn sich ein Asteroid Richtung Erde bewegt, davon will ich gar nicht erst anfangen!

[kosmoaffe]

man könnte statt eines Asteroiden auch eine manövierbare Raumstation nehmen,diese muss ja nicht bemannt sein,sondern könnte vollautonom funktionieren und ggf.notwenige Kurskorrekturen vornehmen.Dann hätte man nicht die gefahr eines unkontriollierten absturzes oder unplanmässiger Bahnänderungen,wie es bei einem Asteroiden der fall sein könnte.

[julian apostata]

man könnte statt eines Asteroiden auch eine manövierbare Raumstation nehmen,

Genau, und zwar eine “Weltraumspinne” auf einer geostationären Umlaufbahn. Wenn die einen Faden nach unten lässt, muss sie als Ausgleich einen Faden nach oben spinnen, wenn sie in dieser Umlaufbahn bleiben will.



Dazu hab ich eine Grafik erstellt und hier hoch geladen. Und prompt hat mir auch Karl Bednarik, der Ersteller des Artikels meine Berechnungen bestätigt.

Diskussion:Weltraumlift ? Wikipedia



Und jetzt nehmen wir mal an, der gesponnene Faden hat die Erdoberfläche erreicht. Jetzt will man Gondeln bis zu 1 Million Kilo Masse daran hoch fahren lassen, das wären auf der Erdoberfläche ca. 10 Millionen Newton Gewicht.

Dann muss man da oben schon mindestens so ca. 15 Millionen Kilo Masse als Gegengewicht platzieren, das wären bei 0,77m/s² so ca. 11,5 Millionen Newton als Gegenkraft.

Das ist zwar recht viel, aber gleich einen ganzen Asteroiden herbeizuschaffen, das erscheint mir doch gewaltig übertrieben!

Und überhaupt, man kann ja auch nur einfach ein paar 100 Kilometer weiter nach oben spinnen und das Seil ist ordentlich gestrafft.

[Dannyboy]

Dann sollte man nur aufpassen, das nichts mit dem Seil kollidiert. Sollte das Seil reißen und auch nur einige wenige 10.000 Kilometer zurück auf die Erde stürzen, wäre das schon nicht ohne.

[horstfx]

Dann sollte man nur aufpassen, das nichts mit dem Seil kollidiert. Sollte das Seil reißen und auch nur einige wenige 10.000 Kilometer zurück auf die Erde stürzen, wäre das schon nicht ohne.

Es gibt kaum ein Material (schon gar nicht bei dem Durchmesser eines zu erwartenen Weltraumkabels), das den Temperaturen beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre widerstehen würde. Man könnte also für einige Zeit eine nette Lichtshow am Himmel verfolgen, aber ein Großteil des Materials würde nie mehr den Boden berühren.

[xanrof]

Es gibt kaum ein Material (schon gar nicht bei dem Durchmesser eines zu erwartenen Weltraumkabels), das den Temperaturen beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre widerstehen würde. Man könnte also für einige Zeit eine nette Lichtshow am Himmel verfolgen, aber ein Großteil des Materials würde nie mehr den Boden berühren.

Wenn das Material des Lift-Kabels Carbonfaser (=Kohlenstoff) sein soll, wird da doch ne Menge unten ankommen.

Bei Meteoriten, die in die Atmosphaere eintreten, werden durch die Reibungshitze nur die aeusseren 2-3 Millimeter geschmolzen. Der allergroesste Teil der erzeugten Waerme wird stattdessen an die (in der Hoehe sehr kalte) Atmosphaere abgefuehrt. Das Leuchten, das man sieht ("Sternschnuppe") ist nicht das Gluehen des Materials, sondern Plasma, welches durch die Reibung der Gase erzeugt wird.

Kohlenstoff hat die höchste Temperaturbeständigkeit aller bekannten Materialien, schmilzt (je nach Modifikation) bei 3500°C. Rein theoretisch wird das Kohlenstoffmaterial zwar auch durch den Atmosphaeren-Sauerstoff oxidiert (mit Bildung von CO + CO2). Wenn ein Objekt mit kosmischen Geschwindigkeiten (einige km/s) ankommt, durchquert es den Sauerstoff-haltigen Teil der Atmosphaere jedoch in wenigen Sekunden. Kohlenstoff verliert da nur unwesentlich an Masse, zumal die Hitze eben nur wenige mm tief eindringt.

Bei der Columbia-Katastrophe (Space-Shuttle Absturz nach Wiedereintritt) war ein Loch in der Schutzverkleidung einer Tragflaeche, wodurch heisse Gase in das Innere eintraten und dort ungeschuetzte Teile der tragenden Technik verformt/geschmolzen haben.

Sollte so ein Liftseil reissen, durften die wesentlich Auswirkungen darin bestehen, dass der obere Teil sich in die Unendlichkeit verabschiedet und der untere Teil mit ziemlicher Wumme unten ankommt.

[horstfx]

zumal die Hitze eben nur wenige mm tief eindringt.

Das ist es ja. Nach allen Konzepten, die ich kenne wäre ein solches Kabel / Band nur wenige Mikrometer bis Millimeter dick. Wenn sowas auch nur für wenige Sekunden mit der sauerstoffreichen Atmosphäre und der Geschwindigkeit in Kontakt kommt bleibt nichts übrig.

[Dannyboy]

Solche Kabel müssen viel dicker sein. Kohlenstoff-Nanotubes sind zwar um ein tausendfaches Stärker als Stahl, aber bei Lasten von mehr als hundert Tonnen kommst du mit ein paar Mikrometer oder Milimeter sich nicht aus.

[julian apostata]

Das Material übrigens Folgendes aushalten: Einfach die Dichte von Graphen mit der nachfolgenden Zahl multiplizieren.



Jetzt machen wir das Seil 1 cm dick, dann muss es in seinem Schwerpunkt immer noch einen Zug von 8,56 Meganewton aushalten, das entspräche dem Gewicht einer Masse von 873 000 kg auf der Erdoberfläche.

Soll das Seil nun auch noch für Fahrzeuge mit einer zulässigen Gesamtmasse von 50 000 kg ausgelegt sein, so müssen oben noch mindestens 500 Kilonewton hinzu gesponnen werden!

Sollte aber das Seil durch die Belastung zu Beginn der Reise etwas instabil sein, das macht nix, weil die Fahrzeuge ja sehr schnell an Gewicht verlieren, je höher sie steigen.

Und nun die entscheidende Frage. Wie lässt man tonnenschwere Fahrzeuge an Seilen hoch gleiten, die nur 1 cm dick sind?

Und wenn ich ehrlich bin, eine befriedigende Antwort hab ich da auch nicht.

[Comander1956]

Hallo,
habe mich auch durch Schätzings Limit gequält. Waren es beim Schwarm nur 100 Seiten bis es richtig losging, sind es bei Limit schon über 200 gewesen.
Aber zurück zum Weltraumlift. Worauf Schätzing überhaupt nicht eingeht, ist das Problem der Reibung. Nach seinen Aussagen beschleunigt der Lift auf "12.000 Stundenkilometer"(Seite 156). Und irgendwie muß da doch die Reibung kompensiert werden, die bei solch einer hohen Geschwindigkeit auftritt.
Und reicht die bei "Limit" erwähnte Antriebstechnik des Lifts überhaupt aus, die Erdanziehungskraft zu überwinden und solch eine Geschwindigkeit zu erreichen?
Diese Probleme, neben den schon erwähnten Schwierigkeiten solch ein Seil überhaupt herzustellen, bringen mich zu dem Schluß, dass so ein Unterfangen nicht praktikabel ist.
Realistischer ist da ein neuer effektiverer Raumtransporter mit einem neuen Antriebskonzept. Denn eines ist klar, wir müssen weg von dem risikoreichen und verschwenderischen chemischen Antrieben.
Gruß,
Richard

[horstfx]

Die einzige denkbare und praktikable Alternative zu chemischen Antrieben neben Weltraumlifts dürften überdimensionierte Rail-/Gaußkanonen sein, die Material in den Weltraum schießen, aber so weit ich weiß tut sich die US Navy und General Atomics schon schwer damit ein 3kg schweres Geschoss abzufeuern ohne, dass die Geschütz abraucht...

[Comander1956]

Hallo horstfx,

die Railguns die du ansprichst, waren schon damals als Teil des "Star Wars" Programms, zur Raketenabwehr, geplant.

Wie die Raumfahrt auch weitergehen wird, ich persöhnlich halte die Raumfahrt für das weiterleben der Menschheit als unabdingbar. Denn solange wir auf unseren kleinen Planeten Erde gefangen sind, können wir jederzeit ausgelöscht werden. Jedoch je weiter sich die Menscheit im All ausbreitet, desto länger kann unsere Spezies existieren und sich dabei auch weiterentwickeln.
Ich weis jedoch nicht ob eine Kommerzialisierung der Raumfahrt die Lösung darstellt. Denn da geht es wieder nur um Ausbeutung und Gewinnmaximierung. Bestes Beispiel die Filme von "Cameron" "Aliens" und "Avatar" Demnach bleibt uns der Kapitalismus auch noch Anfang des 22. Jahrhunderts erhalten.
Wobei die heutigen Entwicklungsländer weiter aus dem Raster fallen.

Mein Ideal ist wie bei Star Trek eine geldlose Gesellschaft, wo die Forschung an erster Stelle steht. Wenn ich auch keine Ahnung habe, wie sich soll eine Gesellschaft verwirklichen läßt. Denn dazu muß erstmal der angeborene Egoismus des Menschen überwunden werden.

Andererseits ist es vielleicht auch besser wenn die Menschheit untergeht, bevor sie eine Gefahr für andere Welten werden kann.
Gruß,
Richard

[horstfx]

die Railguns die du ansprichst, waren schon damals als Teil des "Star Wars" Programms, zur Raketenabwehr, geplant.

Und sie sind nicht nur Fiktion geblieben.

In diesem Video kann man sehen wie heutzutage eine Railgun aussieht, aber wie gesagt ist die Technologie noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium wie man sehen kann.