Terraforming vs. Orbitale

[Kibo]

Liebe Leute!
Nun terraformen geht auch in kleinen Maßstab und günstiger. Kilometergroße Kuppeln gebaut aus Plexiglas oder ähnlichem, der Innenraum kann ja hübsch grün dann bepflanzt werden. Ist der Mars erstmal mit den Kuppeln zugestellt sollte der rest kein Problem sein. Luft und Wasser muss man ja auch niocht zu 100% hinschaffen, ist ja alles zumindest teilweise gefroren und chemisch gebunden vorhanden.

Und so ein Habitat muss sich ja auch nit umbedingt so stark drehen, das 1G mit der Zentripedalkraft erreicht werden, 0,5 reichen ja auch fürs erste!. Dass man alle 100 Jahre die Statione rsetzen müsste glaube ich nicht! Korrosion lässt sich mit entsprechender Legierung in den Innenräumen vermeiden und im Vakuum spielt das ja sowieso kein Thema Verschleiß kan ich mir auch nicht großartig vorstellen, die Zugkräfte sind, wennd eine Berechnung stimmt enorm aber dieser Ring ist ja ein starres Gebilde, da muss nichts in der Grundstruktur gebogen oder bewegt werden.
Die Wartung des Innenraums lässt sich zu großen Teilen sicher auch Automatisieren!

 

[Bynaus]

@jonas:

Der gesamte Asteroidengürtel gäbe nicht genug Material her um diese Struktur zu errichten.

Nun, wie SK schon sagte, Banks' Orbitale bestehen aus "Unobtainium", sprich, man hat keine Ahnung, womit man das Ding bauen sollte, damit es die auftretenden Kräfte aushält. Es ist deshalb müssig, über die Menge an "Unobtainium" zu sprechen, die man braucht: es könnte ein Millimeter oder ein Kilometer dick sein, und das dürfte wohl einen grossen Unterschied machen. Gleiches gilt natürlich für:

Durch Korrosion und Materialermüdung wird es notwendig sein im Turnus von wenigstens 100 Jahren die gesamte Struktur zu ersetzen.

@Kibo:

Luft und Wasser muss man ja auch niocht zu 100% hinschaffen, ist ja alles zumindest teilweise gefroren und chemisch gebunden vorhanden.

Mit Stickstoff könntest du dabei ein Problem bekommen... Genau so, wie es mac erläutert hat.

 

[jonas]

@Kibo
Gut, Korrosion kann man durch Verwendung nicht korrodierender Materialien im Zaum halten. Aber Materialermüdung wird unvermeidlich sein, insbesondere wenn die Ringwelt nicht seinen Stern umschliesst. Hat die Ringwelt einen Durchmesser von 500.000 Kilometer (also ein wenig mehr als die Entfernung Erde-Mond), dann muß sie den Stern umkreisen. Und wenn die Eigenrotation des Orbitals so gekippt ist, daß ein Tag/Nacht Rhythmus entsteht, dann kommt es zu Gezeitenkräften, die die gesamte Struktur permanent durchwalken.

Und ein Bruch des Rings ist unter allen Umständen zu verhindern, denn dies würde augenblicklich die gesamte Ringwelt vernichten bzw. wäre die schwerste vorstellbare Katastrophe.

 

[mac]

Hallo Jonas,

Was meiner Meinung nach ständig bei Megastrukturen wie ein Orbital unterschätzt wird, ist die Notwendigkeit der Wartung. Keine künstliche Struktur hält ewig. Selbst die Pyramiden haben im Lauf der Jahrtausende gelitten.

Das ist richtig. Was ist denn aber dabei der prinzipielle Unterschied zu den Problemen mit den technischen Strukturen, mit denen wir den Stand unserer Zivilisation aufrecht erhalten und qualitativ verbessern? Ich kenne keine einzige irgendwie relevante Fabrikationsanlage, die noch so da steht wie vor 200 Jahren. Allenfalls als Freilichtmuseumsstück.

Die Ringwelten, welche in Bynaus' Links auf die englische Wikipedia beschrieben werden, bieten zwar ausreichend Platz (2-20 fache Oberfläche der Erde).

Menschen haben auch Einbäume eher gebaut, als Flugzeugträger. Es gibt mit Sicherheit auch beim Habitatbau eine technische Evolution, wenn man es denn überhaupt tut.

Allerdings ergibt sich hier ein Materialproblem. Der gesamte Asteroidengürtel gäbe nicht genug Material her um diese Struktur zu errichten.

Du kennst mich: Sowas rechne ich nach. Nicht nur, um der Schnecke etwas Boden unter den Fuß zu legen

Bangladesch kann ich mir nicht wirklich vorstellen, zumal ich auch noch nie dort war. Nehmen wir also mal nicht 1000 Einwohner pro Quadratkilometer, sondern 100. (Zum Vergleich Nordrheinwestfalen hat 526 pro km^2 und deutlich mehr als die Hälfte der Fläche ist unbesiedelte Natur.

Nehmen wir weiterhin an: 10 m Wasser- bzw. Bodentiefe, Wasser/Bodenfläche je 1/2 der Fläche. 1 m tragende Hüllstrukturtiefe und 0,1m abdichtende Hüllstrukturtiefe. 1000 m lichte Höhe, 1 Bar Luftdruck.

Wasser: 500m * 1000m * 10m * 1000kg/m^3 = 5E9 kg
Boden: 500m * 1000m * 10m * 1500 kg/m^3 = 7,5E9 kg
Luft: 1000m * 1000m * 1000m * 1,2 kg/m^3 =1,2E9 kg
Tragende Hüllstruktur: 1000m * 1000m * 1m * 2000kg/m^3 = 2E9 kg
Abdichtende Hüllstruktur: 3000 * 1000 * 0,1 * 2000kg/m^3 = 3E8 kg
Summe: 16E9 kg für 1km^2 Siedlungsfläche und 100 Menschen.

Nehmen wir das Doppelte, für dafür, daß ich keine Ahnung habe was da sonst noch alles nötig ist, dann liegen wir bei 32E7 kg/Mensch

Die Hüllstruktur habe ich vor einigen Tagen mal mit einem 30 Gigapascal-Material (1,4g/cm^3) nachgerechnet. Das reichte für 30 m Wassertiefe und 5000 m Radius bei 9,81m/s^2 (1 g) bei etwas weniger als 1 m Stärke.

Verlgeichen wir das nur mal mit den 10% Marsatmosphäre aus meinem vorigen Post, dann reicht die dort veranschlagte Masse für 1E9 Menschen.

Die bekannten Asteroiden des Asteroidengürtels enthalten ca, 5% der Mondmasse, also 3,7E21 kg.

Kann man davon 1% nutzen, dann reicht das für permanent 110 Milliarden Menschen in sehr großzügiger Umgebung.

Es gibt da auch noch einige kleinere Monde...

Herzliche Grüße

MAC

PS: Ich halte nichts davon eine einzige Riesenstruktur zu bauen. Ich denke es wäre wesentlich besser sehr viele kleinere Strukturen zu bauen und ein permanentes Recycling zu betreiben.

 

[jonas]

@Bynaus
Jetzt erst hab ich das kapiert mit unobtainium, also zu deutsch NichtBeschaffbar-ium Geil, nette Bezeichnung.

 

[Bynaus]

http://en.wikipedia.org/wiki/Unobtainium

 

[jonas]

@mac

Die Hüllstruktur habe ich vor einigen Tagen mal mit einem 30 Gigapaskal-Material nachgerechnet. Das reichte für 30 m Wassertiefe und 5000 m Radius bei 1 g bei etwas weniger als 1 m Stärke.

Ich bin jetzt nicht ganz sicher, ob ich verstanden habe wie Du das meinst. Ich nehme jetzt mal an, daß die 1 Meter dicke Hüllenstruktur mit der von Dir beschriebenen Materialeigenschaft eine Wassersäule von 30 Metern Höhe bei 1 G tragen kann, ohne daß sie reißt.

Dies würde bedeuten, daß die Außenhülle bis zu 30 Tonnen pro qm belastet werden kann. Wie willst Du dann aber ein größeres Haus bauen, das den Grund mit mehreren hundert tonnen pro qm belastet?

Zum Vergleich: Allein das Fundament des Burj Dubai hat 110.000 Tonnen auf 7000 qm, belastet also den Untergrund mit gut 15 Tonnen pro qm.

Gut, einen 800 Meter hohen Wolkenkratzer muß man nicht unbedingt im Orbital bauen, aber man sieht damit glaube ich schon, daß sich die Grenze der Hüllenbelastbarkeit mit 30 Tonnen pro qm als viel zu gering herausstellen kann.

 

[Enas Yorl]

Ein wichtiger Punkt bei einer möglichen Realisierung von Weltraumhabitaten versus Marskolonie, dürfte der wirtschaftliche Nutzen für die Investoren sein. Weltraumhabitate können Asteroidenbergbau betreiben und Rohstoffe an die Erdbevölkerung liefern, sowie günstig Strukturen und Dienstleistungen im Weltraum anbieten (Satelliten, Forschung & Co).
Aber welchen Vorteil hat eine Marskolonie für die Erdbevölkerung? Mit welchen Nutzen will man den der Erdbevölkerung, die enormen Kosten für eine Besiedlung des Mars schmackhaft machen? Besonders in wirtschaftlicher Konkurrenz, mit den Möglichkeiten die Weltraumhabitate bieten.

 

[mac]

Hallo Jonas,

Ich bin jetzt nicht ganz sicher, ob ich verstanden habe wie Du das meinst. Ich nehme jetzt mal an, daß die 1 Meter dicke Hüllenstruktur mit der von Dir beschriebenen Materialeigenschaft eine Wassersäule von 30 Metern Höhe bei 1 G tragen kann, ohne daß sie reißt.

nein, so ist das nicht gemeint. (Das nein bezieht sich besonders auf den weiteren Verlauf Deines Textes, auch mit der Dir anscheinend hoch erscheinenden Masse von 110000 t.) Das wäre überhaupt kein Problem, noch nicht mal bei einer Höhe von 1000 m. Man muß nur anders bauen, als auf der Erde.

Stell Dir einen 10 km durchmessenden, 1m breiten Ring vor. Der Umfang ist 31,4 km. Dieser Ring rotiert ähnlich wie ein rollender Reifen mit einer Frequenz von 0,0069 Herz und produziert damit eine Oberflächenbeschleunigung von 9,39 m/s^2.

Die Wassermasse die der Ring (in meiner Berechnung) hält beträgt 31400*1*38 m^3 oder 1,19 Millionen Tonnen. Das Material des Ringes muß der damit bei der Rotation entstehenden Zugbelastung auf 1m Breite (so breit wie der Ring) und einer entsprechenden Dicke stand halten.

Nimmt man ein Material das 30 Gigapascal erreichen kann, dann braucht man dafür einen Querschnitt von 1,19E9kg*9,81m/s^2 / 30E9 N/m^2 = 0,389 m^2. Also 39 cm Wandstärke.
Siehe dazu: http://de.wikipedia.org/wiki/Orbitalseil#Material_f.C3.BCr_Kabel_und_Turm

Das Habitat kannst Du Dir nun als eine, im Prinzip beliebig hohe Anzahl solcher zu einem Zylinder aneinander gelegter Ringe vorstellen, die es auch zulassen durch speichenartige Verstrebungen eine ausreichend hohe Festigkeit für punktuelle Überbelastungen zu gestatten, ohne ihren Radius zu verformen. Selbstverständlich muß dabei auf eine nicht überschreitbare Toleranz geachtet und auch eine Unwucht verhindert werden. Sowas geht z.B. indem man den Wasserstand in den Ringen nicht gleichmäßig verteilt. Aber wer hat sagt, daß man in einem Habitat alles genau so bauen können muß, wie auf einem Planeten?

Herzliche Grüße

MAC

 

[jonas]

Hi mac

Aufgrund Deiner Erläuterung in #29 glaube ich, daß ich Dich schon richtig verstanden habe. Auf jeden qm Deines Rings lastet eine Wassersäule von 38 Metern (warum eigentlich nun 38 Meter statt 30? Tippfehler?).

Wenn ich die Wassersäule nun durch Gebäude ersetze, dann sind wir bei dem Szenario, daß ich #27 beschrieben habe.

Ich habe spasshalber mal eine Überschlagsrechnung gemacht, wieviel ein Gebäude denn wiegen könnte. Die Grundfläche sei 20m x 12m = 240 qm, also genug für 3 Wohnungen pro Stockwerk plus Treppenhaus und Fahrstuhl. Die Wände als auch die Decke seien aus Beton und 30 cm dick, die Wände jeweils 3 Meter hoch. Der Beton habe eine Dichte von 3,5 g/cm³.

Die Wände jeder Etage haben folgendes Volumen (LängexHöhexStärke): (20m+12m)*2 * 3m * 0,3m = 57,6 m³. Die Decke: 240m² * 0,3m = 72 m³, insgesamt pro Etage: rund 130 m³ Beton * 3,5 t/m³ = 455 t Beton pro Etage. Auf den m² umgerechnet sind das dann eine Bodenbelastung von 1,9 t pro m² und Etage. 15 Stockwerke gingen somit schon in die Nähe der Belastungsgrenze, die Du mit deinen 30 Metern Wasser für die Tragkraft der Außenhülle angenommen hast.

Dies gilt nur, wenn die Gebäude direkt auf der Tragestruktur stehen. Sollten die Gebäude jedoch auf der etwa 30m hohen Schüttung über dem Traggerüst stehen, so wird die Punktbelastung etwa doppelt so hoch sein wie diejenige unter freiem Grund.

Dann würden Deine Speichen zum Tragen kommen, aber welch Verschandelung der Landschaft wäre das?

Zu Deinem Rechenbeispiel in #24 möchte ich auch noch zurückkommen, werde das aber heute wohl nicht mehr schaffen. Wenn hier nicht fünf millionen postings dazwischen kommen, probier ich morgen darauf einzugehen.

 

[mac]

Hallo Jonas,

Aufgrund Deiner Erläuterung in #29 glaube ich, daß ich Dich schon richtig verstanden habe. Auf jeden qm Deines Rings lastet eine Wassersäule von 38 Metern (warum eigentlich nun 38 Meter statt 30? Tippfehler?).

Mit denen allein, kann man die nötige Festigkeit nicht ausrechnen. Es ist auch kein Tippfehler. Ich wollte den Spannseildurchmesser um den Ring herum bei 10 km Durchmesser nicht über 1m ausdehnen und habe nach der dafür möglichen Grenzbelastung gesucht.

Dies gilt nur, wenn die Gebäude direkt auf der Tragestruktur stehen. Sollten die Gebäude jedoch auf der etwa 30m hohen Schüttung über dem Traggerüst stehen, so wird die Punktbelastung etwa doppelt so hoch sein wie diejenige unter freiem Grund.

Eine Punktbelastung auf einer solchen Schüttung verteilt sich etwa mit einem 45° Böschungswinkel. Also eine Säule von 1 m^2 verteilt in 10 m Tiefe ihre Last auf 21*21 m^2. Wenn Du also normalen Beton verwendest (warum auch immer) und unbedingt 15 Stockwerke hoch bauen willst (warum auch immer) kommst Du auf 10% mehr Last auf einer Fläche von 1280 m^2. (10+20+10)*(10+12+10)m^2

Warum aber willst Du ein Gebäude in einem Habitat mit 30 cm starken Betonwänden bauen? Erwartest Du Erdbeben und Stürme? 2 m Schneelast? Aus Barytbeton würde ich die auch nicht errichten und wozu 15 Stockwerke? Das Habitat ist etwa so dicht besiedelt wie Frankreich.

Dann würden Deine Speichen zum Tragen kommen, aber welch Verschandelung der Landschaft wäre das?

wo ist das Problem? http://wissen.de.msn.com/article.aspx?cp-documentid=9190519


Herzliche Grüße

MAC

 

[mac]

Hallo Enas Yorl,

Weltraumhabitate können Asteroidenbergbau betreiben und Rohstoffe an die Erdbevölkerung liefern, sowie günstig Strukturen und Dienstleistungen im Weltraum anbieten (Satelliten, Forschung & Co).

der Clou der damaligen Studie war die Idee Energie aus dem Sonnenlicht zu gewinnen und zur Erde zu liefern.

Herzliche Grüße

MAC

 

[mac]

Hallo Kibo,

Nun terraformen geht auch in kleinen Maßstab und günstiger. Kilometergroße Kuppeln gebaut aus Plexiglas oder ähnlichem, der Innenraum kann ja hübsch grün dann bepflanzt werden.

Welchen Vorteil siehst Du denn dabei gegenüber einem Habitat?
So eine Kuppel kann noch nicht mal einem größeren Brocken Ausweichen. Du brauchst in einer solchen Kuppel das gleiche Lebenserhaltungssystem wie in einem Habitat und Du hast nur Marsschwerkraft.

Ist der Mars erstmal mit den Kuppeln zugestellt sollte der rest kein Problem sein. Luft und Wasser muss man ja auch niocht zu 100% hinschaffen, ist ja alles zumindest teilweise gefroren und chemisch gebunden vorhanden.

Auch Stickstoff? Ich hatte nur mit 10 Prozent Import-Anteil für die Luft gerechnet und Wasser gar nicht mitgerechnet.

Das Problem dabei ist möglicherweise wirklich nicht sehr viel größer als der Bau entsprechender Habitate. Aber welche Vorteile gleichen die ungesunde Schwerkraft aus? Warum ist es besser unter einer Kuppel auf Mars zu leben, anstatt unter einer Kuppel in einem Habitat? Ohne Schutz draußen rumlaufen kannst Du an beiden Orten nicht. Und was hat das mit Terraforming zu tun?

Und so ein Habitat muss sich ja auch nit umbedingt so stark drehen, das 1G mit der Zentripedalkraft erreicht werden, 0,5 reichen ja auch fürs erste!.

vielleicht. Wenn ich aber lese welche gesundheitlichen Probleme die Astronauten mit 0 g haben, dann bin ich da bis zum Beweis des Gegenteils lieber skeptisch. In einem Habitat kann ich es mir immer noch aussuchen und das tun was nötig ist. Auf Mars aber nicht.

Dass man alle 100 Jahre die Statione rsetzen müsste glaube ich nicht! Korrosion lässt sich mit entsprechender Legierung in den Innenräumen vermeiden und im Vakuum spielt das ja sowieso kein Thema Verschleiß kan ich mir auch nicht großartig vorstellen, die Zugkräfte sind, wennd eine Berechnung stimmt enorm aber dieser Ring ist ja ein starres Gebilde, da muss nichts in der Grundstruktur gebogen oder bewegt werden.

Da wär‘ ich mir nicht so sicher. Aber wie auch immer, man wird auch da einen nach jeweiligem Stand von Wissenschaft und Technik optimalen Kompromiss zwischen Neubau- und Wartungskosten finden.


Herzliche Grüße

MAC

 

[Herbert]

@Jonas+Mac
Müsste bei der Gewichtsberechnung des Habitat-Wolkenkratzers nicht auch noch die im Gegensatz zur "echten Gravitation" sich nach "oben" verringernde Zentripetalkraft eingehen, wegen der Annäherung an den Mittelpunkt?

 

[mac]

Hallo Herbert,

auch bei der echten Gravitation verringert sich die Stärke der Anziehungskraft nach Oben hin, nur nicht so schnell wie bei einem solch ‚kleinen‘ Habitat. Das heißt eigentlich doch viel schneller.

Bei einem Rotationzylinder ist die Zentripetalkraft proportional zum Abstand von der Drehachse, also proportional r. Bei der Gravitation ist sie proportional 1/r^2.

Auf der Spitze des von Jonas ins ‚Spiel‘ gebrachten 800 m Turmes wäre sie in dem 10 km durchmessenden Rotationszylinder (5000-(800+10))/(5000-10) mal so stark wie auf dem (10 m über der Außenwand liegenden Bodenniveau, also statt z.B. 9,81 m/s^2 nur noch 8,24 m/s^2.

Herzliche Grüße

MAC

 

[Enas Yorl]

Hallo Enas Yorl,
der Clou der damaligen Studie war die Idee Energie aus dem Sonnenlicht zu gewinnen und zur Erde zu liefern.

Da hätte ich auch selbst darauf kommen können. Also um es einmal zusammenzufassen: Weltraumhabitate können der Erdbevölkerung Energie, Rohstoffe und Strukturen und Dienstleistungen im Weltraum anbieten (Satelliten, Forschung & Co).
Und was kann eine Marskolonie der Erde bieten? Nichts! Tja, das war es dann wohl mit der Besiedlung des Mars, oder gar Terraforming. Ein schöner Schein viel Kosten und nichts dahinter. Ohne Vorteile für die Erdbevölkerung wird diese niemals bereit sein, eine Besiedlung des Mars zu finanzieren.

 

[ispom]

Ohne Vorteile für die Erdbevölkerung wird diese niemals bereit sein, eine Besiedlung des Mars zu finanzieren.

So ist es. Es wird auch niemals ein kostenaufwendiges Programm zur Besiedlung des Mars geben.
Aber die künftigen ständig bemannten wissenschaftlichen Stationen auf dem Mars werden sich immer mehr ausdehen, die Leute werden sich anpassen, es wird echte, dort geborene "Marsianer" geben...die Besiedlung kommt ohne ein "Besiedlungsprogramm"....

und dann sicher auch irgendwann der immer stärkere Wunsch nach Terraforming.

 

[Enas Yorl]

Aber die künftigen ständig bemannten wissenschaftlichen Stationen auf dem Mars werden sich immer mehr ausdehen, die Leute werden sich anpassen, es wird echte, dort geborene "Marsianer" geben...die Besiedlung kommt ohne ein "Besiedlungsprogramm"....

und dann sicher auch irgendwann der immer stärkere Wunsch nach Terraforming.

Mit Verlaub aber diesen Gedankengang finde ich etwas naiv. Seit Jahrzehnten gibt es in der Antarktis ständig bemannte Forschungsstationen (es wurden dort sogar einige Kinder geboren), aber eine beginnende Besiedlung der Antarktis kann ich nicht entdecken. Dabei sind im Vergleich zum Mars die dortigen Lebensverhältnis geradezu paradiesisch.
Die wirtschaftliche Ausbeutung der Antarktis, wird zumindest noch bis 2041 vom Antarktisvertrag verboten. Das zeigt recht deutlich, das es für eine Besiedlung unter solch schwierigen Bedingungen auch wirtschaftliche Anreize geben muss, und genau die fehlen beim Mars.

 

[ispom]

Mit Verlaub aber diesen Gedankengang finde ich etwas naiv. .

das ist nun mal das Schicksal der Visionäre....immer schon gewesen...von ihren Zeitgenossen als "etwas naiv" angesehen zu werden

aber nicht nur unter den "Hobby-Marsianern"

http://www.marssociety.de/html/index.php?name=PNphpBB2&file=index

http://www.marssociety.org/portal

gibt es diese Visonäre, sondern auch bei den etablierten Weltraumorganisationen.

nur mal so, um die (wissenschaftlich gestützte) Phantasie anzuregen:

http://www.schillerinstitute.org/educ/sci_space/wom_mars.html

 

[Enas Yorl]

das ist nun mal das Schicksal der Visionäre....immer schon gewesen...von ihren Zeitgenossen als "etwas naiv" angesehen zu werden

aber nicht nur unter den "Hobby-Marsianern"

gibt es diese Visonäre, sondern auch bei den etablierten Weltraumorganisationen.

Visionen sind ja toll, aber diese allein finanzieren noch lange keine Marskolonie. Und für die Frage wie die Marskolonisten das ganze finanzieren sollen, scheinen doch noch die Visionen zu fehlen. Also wo sind die Konzepte der Visionäre bei den etablierten Weltraumorganisationen, woher das Geld kommen soll?