Der Weltraumlift

[julian apostata]

https://www.geogebra.org/m/b9CTfken

Man stelle sich zunächst mal eine Spinne auf einer geostationären Umlaufbahn vor, welche einen Faden (blau) zur Erdoberfläche hinunter lassen will. Dazu einfach mal den Dragpoint (welcher zugleich als Zoomingpoint dient) ziehen. Ihr erzeugt damit nicht nur einen Gewichts, sondern auch einen roten Gegengewichtsfaden. Im roten Bereich ist also die Zentrifugalkraft stärker als die Erdanziehungskraft.

An beiden Seilenden hab ich 2 Strecken angebracht, welche die Größe der dort herrschenden Schwerkraft angeben. Am blauen Seil ist sie positiv und am roten negativ. Am Erdboden angelangt haben wir ca. 9,8 m/s². Man kann auch sagen: Ein Kilo Masse wiegt hier unten 9,8 Newton.

Jetzt den Dragpoint wieder ganz nach oben ziehen und Spur einschalten. Wieder langsam nach unten ziehen (oder auf "Ani" klicken), dann erzeugt ihr 2 Flächen, wobei in jeder Bauphase gelten muss: Rote Fläche + blaue Fläche = 0. Die Zahl unterhalb "Spur" gibt den Betrag beider Flächen an. Haben wir die Erdoberfläche erreicht, dann kann man sagen: Um ein Kilo Masse von einem Seilende hin zum Schwerpunkt zu bewegen, brauchen wir also ca. 4,8*10^17 Joule.

Besteht nun das Seil beispielsweise aus Graphen...
https://de.wikipedia.org/wiki/Graphen
...multiplizieren wir diese mit der Dichte dieses Materials (2260 kg·m−3) und erhalten 1,1*10^11 Pascal. Die Zugfestigkeit von Graphen beträgt 1,25*10^11 Pascal. Das ist also gerade noch so viel, damit das Seil in seinem Schwerpunkt nicht reißt.

Nun wollen wir wissen, wie groß die Schwerkraft in 1000 km Höhe ist. Dazu muss die blaue Zahl unter h auf 1 gesetzt sein. Wir können das problemlos exakt einstellen, wenn wir mehrere male auf "+" klicken und zum Schluss auf "NormZoom" gehen.

7,28m/s² lesen wir ab. Seltsamerweise geht Frank Schätzing (Limit) auf diese schleichende Abnahme der Schwerkraft überhaupt nicht ein. Der physikalisch unwissende Leser könnte da fast den Eindruck bekommen, Schwerelosigkeit träte erst im geostationären Orbit auf!

Nun klicken wir auf "Umlaufbahn". Der Lift ist fertig. Wir möchten in eine niedrige Bahn (h=350km) einschwenken. Dazu stellen wir h_o=0,35 ein. Nun lesen wir ab:
491- 7697 = -7206

Das heißt: Nachdem wir uns vom Lift gelöst haben, müssen wir noch 7206m/s dazu geben, um uns auf einer Kreisbahn zu halten. Kein besonders befriedigende Ergebnis, oder?

Na, dann stellen wir halt mal h_u=0,35 ein. Das heißt, wir steigen in 23756 km Höhe aus. Und nun schaut die Sache schon anders aus. 2145m/s müssen wir unserem Raumschiff unten wegnehmen, um nicht wieder nach oben zu fallen.

Um den geostationären Punkt zu erreichen, muss da stehen: v_o-v_kr=0. Für den Fluchtpunkt gilt: r_f=r_g*2^(1/3)~53124km (h_f~46745km).

Um beispielsweise den Mond zu erreichen, würde man kurz vor dem Fluchtpunkt halt machen und dann einen günstigen Zeitpunkt abwarten, um sich ihm entgegen schleudern zu lassen.

Die Mondreisenden bei F.S. steigen komischerweise schon im geostationären Punkt um! Aber das macht ja nichts. Dafür behandelt er ausgiebig das Thema Sex in Schwerelosigkeit.

[nevident]

Also eben jetzt beim Schreiben ganz anders erlebt: die Spinne ließ sich von der Deckenlampe selbst herab bis in mein Blickfeld (Laptopmonitor). Ich pustete Sie an und sie kletterte wieder daran hoch, den Faden wieder aufwickelnd. Ich hab Sie in einem Wasserglas erst zum Fenster befördert und anschließend hinausgeworfen. Jetzt ist Nacht, aber tagsüber kann man sehen, wie sie einen Fallschirm bildet mit konstanter Sinkgeschwindigkeit.

Dein Spinnenmodell ist falsch. Es gibt noch Spinnen, die vom Wind an einem Faden übers Meer getragen werden - ich sah zwar nicht, wie die sich an den Wind klebten, vermute aber auch, die lassen sich zuerst am Faden ab und der Wind reißt sie mit wenn der Faden gerade die richtige Länge hat - sowas solltest Du berechnen.

Der grunsätzliche Einwand am Modell bleibt also und etwas Vergleichbares ist eher das Seekabel-Verlegeschiff, das auf dem Meer treibt. Deine Berechnung muß sowohl Gewicht als Masse von Raumschiff und darin enthaltenem ständig wechselndem Kabelvorrat dynamisch berücksichtigen.

Vorsicht - die ersten Seekabeln rollten auch blitzschnell, unaufhaltsam und unwiderbringlich in die Tiefe - und sowas versichert keiner...

Nochwas - Spinnen haben verschiedene Drüsen für Kletter- und Fangfaden und kleben nicht am letzteren, weil Sie die gut auseinanderhalten. Vllt. gibts ja noch einen Windfaden?

[julian apostata]

Der Dragpiont ist übrigens keine Spinne, die sich abseilt.

Deine Berechnung muß sowohl Gewicht als Masse von Raumschiff und darin enthaltenem ständig wechselndem Kabelvorrat dynamisch berücksichtigen. Vllt. gibts ja noch einen Windfaden?

Dessen Masse bleibt im geostationären Punkt und hat deswegen kein Gewicht.

[JensU]

Zum Thema Weltraumlift oder Spaceelevator hatte ich mir auch mal in einem anderen Forum Gedanken gemacht.
Wenn sehr viel Weltraumschrott oder Satelliten den Aufzug kreuzen, kommt es zwangsläufig zu Kollisionen.
Es werden dann noch mehr Trümmerteile produziert.
In einer Kaskadenkollision steigen die Trümmerteile exponentiel an, bis der Orbit nicht mehr nutzbar ist.

Gruß,
Jens

[Kibo]

Das kann dir genau so gut ohne Weltraumlift passieren. Der Weltraumlift reduziert sogar die Wahrscheinlichkeit für so ein Szenario, da man Ladung in Orbits platzieren kann ohne den Weg dahin Wegwerf-Raketenteilen und unvebrannten Treibstoffresten zu pflastern. Wenn man so einen Lift hat, dann wird es auch gleich viel einfacher Technologie hochzubringen, die den Schrott wieder runter bringt.

Bis wir so einen Lift haben, vergeht noch genug Zeit in der wir uns überlegen können wie wir den Weltraumschrott entsorgen.

mfg

[JensU]

Das kann dir genau so gut ohne Weltraumlift passieren. Der Weltraumlift reduziert sogar die Wahrscheinlichkeit für so ein Szenario, da man Ladung in Orbits platzieren kann ohne den Weg dahin Wegwerf-Raketenteilen und unvebrannten Treibstoffresten zu pflastern. Wenn man so einen Lift hat, dann wird es auch gleich viel einfacher Technologie hochzubringen, die den Schrott wieder runter bringt.

Bis wir so einen Lift haben, vergeht noch genug Zeit in der wir uns überlegen können wie wir den Weltraumschrott entsorgen.

mfg

Das ist richtig.
Wenn wir den Orbit langfristig nutzen möchten, sollten die Raketenstarts sofort auf das notwendigste reduziert und
Müll und Kollisionen vermieden werden.

Gruß,
Jens