Die Idee eines Weltraumaufzugs begeistert die Menschheit seit vielen Jahren, seit der russische Wissenschaftler Konstantin Tsiolkovsky 1895 erstmals das Konzept und die Idee formulierte. Inspiriert vom kürzlich erbauten Eiffelturm beschrieb er ein freistehendes Bauwerk, das sich vom Boden bis zur geostationären Umlaufbahn erstreckt. Mit einer Höhe von 36.000 Kilometern über dem Äquator und der Richtung der Erdrotation folgend, würde dieses Bauwerk am Endpunkt mit einer Umlaufzeit von genau einem Tag an einer festen Position bleiben.

Detailliertere Vorschläge entstanden Mitte bis Ende des 20. Jahrhunderts, als der Wettlauf ins All begann und bemannte Missionen in die Erdumlaufbahn immer alltäglicher wurden. Man hoffte, dass ein Weltraumaufzug die Kosten für das Erreichen der Erdumlaufbahn drastisch senken und den Zugang zum erdnahen Weltraum, zum Mond, zum Mars und sogar darüber hinaus revolutionieren könnte. Allerdings machten die Anfangsinvestition und das erforderliche Technologieniveau deutlich, dass ein solches Projekt undurchführbar war und es in den Bereich der Science-Fiction verbannte.

In den ersten Jahrzehnten des 21. Jahrhunderts wurde das Konzept ernsthafter angegangen, da Technologien für . Diese ausgedehnten zylindrischen Strukturen mit einem Durchmesser von einem bis mehreren zehn Nanometern können zu Fäden unbegrenzter Länge „verwoben“ werden. Darüber hinaus verfügt dieses Material über eine ausreichend hohe Festigkeit und gleichzeitig eine geringe Dichte, die für die Herstellung eines Weltraumaufzugskabels erforderlich ist.

Die Einschränkung ist eine andere: Bisher werden Kohlenstoffnanoröhren in kleinen Mengen hergestellt. Es reicht kein einziges Kabel „in den Himmel“. Im Jahr 2004 betrug die Rekordlänge einer einwandigen Nanoröhre nur 0,4 Zentimeter; im Jahr 2006 gelang es Wissenschaftlern, das Nanoprodukt auf 7 Millimeter zu verlängern. Im Jahr 2008 gelang es Wissenschaftlern, einen „Teppich“ aus Nanoröhren zu weben, dessen Länge 185 Zentimeter und die Breite 92 cm erreichte. Seitdem gab es jedoch keine neuen Durchbrüche in dieser Branche. Diese Technologie ist sehr vielversprechend, es bedarf jedoch weiterer Forschung, um den Produktionsprozess zu verbessern.

Unterdessen entwickeln Wissenschaftler auf der ganzen Welt die Idee eines Weltraumaufzugs weiter. So kündigten die Japaner Anfang 2012, Ende 2012 an. Im Jahr 2013 erinnerten sich die Medien an die russischen Wurzeln des „Weltraumaufzugs“ und. Wann werden solche scheinbar verrückten Ideen Wirklichkeit?

Wenn wir uns auf die Prinzipien der Zukunftsforschung verlassen, Datenextrapolationsmethoden verwenden, gehen wir von der globalen Dynamik der Finanzierung aus wissenschaftliche Tätigkeit auf dem gleichen Niveau bleiben wird, berücksichtigen wir politische, wirtschaftliche und soziale Komponenten, dann können wir ziemlich genau vorhersagen wissenschaftliche Entdeckungen, ungefähre Erstellungszeit Prototyp, die Einführung von Technologien in die Massenproduktion und der Beginn der Nutzung darauf basierender Produkte durch die Gesellschaft. Beispielsweise gilt das Mooresche Gesetz seit mehr als 40 Jahren in der Elektronik.

Zukunftsforscher bestätigen anhand von Fakten, wissenschaftlichen Arbeiten und Trends, dass die Entwicklung neuer Verfahren zur Synthese von Kohlenstoffnanoröhren mehrere Jahrzehnte Forschung erfordern wird. Eine solche Entdeckung wird ungefähr in den 2040er Jahren erfolgen und den Bereich des Maschinenbaus und des Bauwesens revolutionieren. Mit der Fähigkeit, Miniatur-Nanoröhren zu längeren Fäden zu „weben“, wird die Menschheit Materialien mit hoher Festigkeit erhalten (hunderte Male stärker als Stahl und zehnmal stärker als Kevlar). Neben vielen anderen Anwendungen wird auch die Technologie zum Bau eines Weltraumaufzugs verfügbar sein. Stellen wir uns vor, die erforderliche Stärke von 130 Gigapascal wäre erreicht, was dann? Designprobleme bleiben bestehen. Sie müssen beispielsweise entscheiden, wie Sie gefährliche Vibrationen im Kabel neutralisieren können, die durch die Anziehungskraft von Mond und Sonne sowie durch den Druck verursacht werden, der durch Sonnenwindböen entsteht?

Zudem müssen große rechtliche und finanzielle Schwierigkeiten überwunden werden. Es bedarf neuer internationaler Abkommen zur Flugsicherheit, Luftsicherheit und Entschädigung bei Unfällen oder terroristischen Vorfällen. Die Funktionsweise des Versicherungsmechanismus ist angesichts des potenziellen Ausmaßes der Katastrophe im Falle eines Fehlers besonders besorgniserregend. In der Zwischenzeit werden kleinere Versuchsstrukturen gebaut, um die Grundkonzepte in tieferen Höhen zu demonstrieren. Dies wird letztendlich den Weg für viel größere Strukturen ebnen

Ende der 2070er Jahre, nach 15 Jahren aktiver Bauzeit, wird der Weltraumaufzug, der von der Erdoberfläche bis zur geostationären Umlaufbahn reicht, vollständig betriebsbereit sein. Der Bauprozess umfasst die Platzierung des Raumfahrzeugs an einer festen Position in einer Höhe von 35.786 Kilometern über dem Äquator und das anschließende Absenken eines Kabels, das sich allmählich in Richtung Erde ausdehnt. Von diesem Punkt aus wird es auch nach oben verlegt – bis zu einer Höhe von mehr als 47.000 Kilometern, wo Objekte nicht der Schwerkraft der Erde ausgesetzt sind. Am äußeren Ende des Kabels befindet sich ein großes Gegengewicht, um das Kabel gespannt zu halten. Der „Bezugspunkt“ und Standort der Bodenstation des Weltraumaufzugs wird höchstwahrscheinlich Französisch-Guayana, Zentralafrika, Sri Lanka oder Indonesien sein.

Wie die meisten Transport- und Infrastrukturformen im späten 21. Jahrhundert wird auch der Weltraumaufzug durch Systeme und Programme gesteuert. Sie überwachen ständig alle Teile des Bauwerks und sorgen für die Aufrechterhaltung seiner Struktur, Gebrauchstauglichkeit und Leistung. Bei Bedarf können Roboter entsandt werden, um Probleme im Kabelnetz oder anderen Aufzugskomponenten vom Boden bis ins kalte Vakuum des Weltraums zu beheben.

Der Weltraumaufzug wird die Raumfahrtindustrie revolutionieren, indem er Menschen und Fracht zu deutlich geringeren Kosten als herkömmliche Trägerraketen in die Umlaufbahn befördert. Mehr als 1.000 Tonnen Material können mit einem Aufzug an einem einzigen Tag in den luftleeren Raum befördert werden, mehr als das Gewicht der Internationalen Raumstation, deren Bau um die Jahrhundertwende mehr als ein Jahrzehnt dauerte.

Ein solcher Aufstieg nimmt im Vergleich zu Raketen natürlich viel Zeit in Anspruch, verläuft aber reibungsloser, ohne große Überlastungen und ohne den Einsatz von Sprengstoff. Beim Verlassen der Atmosphäre und Erreichen einer niedrigen Erdumlaufbahn, zwischen 160 und 2000 Kilometern, können Schiffe, die Fracht oder Passagiere befördern, in ihre eigene Umlaufbahn um die Erde eintreten. Darüber hinaus können sie die geosynchrone Umlaufbahn verlassen (Sie müssen nur die Geschwindigkeit erhöhen), um der Schwerkraft der Erde zu entkommen und weiter zu weiter entfernten Orten zu reisen, beispielsweise zum Mond oder Mars.

In den kommenden Jahrzehnten werden weitere Weltraumaufzüge über die Erde hinaus im Einsatz sein: auf dem Mond, dem Mars und vielleicht sogar in anderen Teilen des Sonnensystems. Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden die Kosten für Nanoröhren sinken und gleichzeitig auch die technischen Risiken sinken. Darüber hinaus wird der Bau von Aufzügen aufgrund der geringen Schwerkraft einfacher: 0,16 g auf dem Mond und 0,38 g auf dem Mars.

Auch wenn die 2070er Jahre angesichts der bestehenden Probleme in der Wissenschaft für viele so weit entfernt und unerreichbar erscheinen, liegt es an Ihnen und mir, wie die Zukunft aussehen wird und wie schnell sie kommen wird.

Wir danken Mikhail Astakhov und dem Zukunftsprojekt „The Future Now“ für die Erstellung des Artikels.

Eines der größten Hindernisse für die Umsetzung vieler Sternprojekte ist, dass die Schiffe aufgrund ihrer enormen Größe und ihres Gewichts nicht auf der Erde gebaut werden können. Einige Wissenschaftler schlagen vor, sie im Weltraum zu sammeln, wo Astronauten dank der Schwerelosigkeit problemlos unglaublich schwere Objekte heben und bewegen können. Doch Kritiker weisen heute zu Recht auf die unerschwinglichen Kosten der Weltraummontage hin. Zum Beispiel wird der komplette Aufbau der Internationalen Raumstation etwa 50 Shuttle-Starts erfordern, und die Kosten, einschließlich dieser Flüge, belaufen sich auf fast 100 Milliarden US-Dollar. Dies ist das teuerste wissenschaftliche Projekt in der Geschichte, aber der Bau eines interstellaren Weltraumsegelboots oder Für ein Staustrahlschiff im Weltraum würde ein Trichter ein Vielfaches kosten.

Aber wie der Science-Fiction-Autor Robert Heinlein gerne sagte: Wenn man sich 160 km über die Erde erheben kann, ist man bereits auf halbem Weg zu jedem Punkt im Sonnensystem. Denn bei jedem Start „verschlingen“ die ersten 160 km, wenn die Rakete versucht, den Fesseln der Schwerkraft zu entkommen, den Löwenanteil der Kosten. Danach ist das Schiff, so könnte man sagen, bereits in der Lage, entweder Pluto oder noch weiter zu erreichen.

Eine Möglichkeit, die Flugkosten in Zukunft drastisch zu senken, ist der Bau eines Weltraumaufzugs. Die Idee, mit einem Seil in den Himmel zu klettern, ist nicht neu – nehmen Sie zum Beispiel das Märchen „Jack and the Beanstalk“; Ein Märchen ist ein Märchen, aber wenn man das Ende des Seils in den Weltraum trägt, könnte die Idee durchaus wahr werden. In diesem Fall würde die Zentrifugalkraft der Erdrotation ausreichen, um die Schwerkraft zu neutralisieren, und das Seil würde niemals zu Boden fallen. Sie würde auf magische Weise senkrecht nach oben steigen und in den Wolken verschwinden.

(Stellen Sie sich einen Ball vor, den Sie an einer Schnur drehen. Der Ball scheint nicht von der Schwerkraft beeinflusst zu werden; Tatsache ist, dass die Zentrifugalkraft ihn vom Rotationszentrum wegdrückt. Auf die gleiche Weise kann ein sehr langes Seil hängen in der Luft aufgrund der Erdrotation.) Es ist nicht nötig, das Seil festzuhalten; die Rotation der Erde reicht aus. Theoretisch könnte ein Mensch an einem solchen Seil hochklettern und direkt in den Weltraum aufsteigen. Manchmal bitten wir Physikstudenten, die Spannung in einem solchen Seil zu berechnen. Es lässt sich leicht zeigen, dass selbst ein Stahlseil einer solchen Spannung nicht standhalten kann; Aus diesem Grund glaubte man lange Zeit, dass ein Weltraumaufzug nicht realisierbar sei.

Der erste Wissenschaftler, der sich ernsthaft für das Problem des Weltraumaufzugs interessierte, war der russische Wissenschaftler-Visionär Konstantin Ziolkowski. Im Jahr 1895 ᴦ. Inspiriert vom Eiffelturm stellte er sich einen Turm vor, der direkt in den Weltraum ragt und die Erde mit einer im Weltraum schwebenden „Sternenburg“ verbindet. Es sollte von unten nach oben gebaut werden, ausgehend von der Erde, von wo aus Ingenieure langsam einen Weltraumaufzug in den Himmel bauen würden.

Im Jahr 1957 ᴦ. Der russische Wissenschaftler Yuri Artsutanov schlug eine neue Lösung vor: den Bau eines Weltraumaufzugs in umgekehrter Reihenfolge, von oben nach unten, ausgehend vom Weltraum. Der Autor stellte sich einen Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn in einer Entfernung von 36.000 km von der Erde vor – von der Erde aus würde er bewegungslos erscheinen; Von diesem Satelliten aus wurde vorgeschlagen, ein Kabel zur Erde abzusenken und es dann am tiefsten Punkt zu befestigen. Das Problem besteht darin, dass das Kabel für einen Weltraumaufzug einer Spannung von etwa 60–100 GPa standhalten müsste. Stahl bricht bei einer Spannung von etwa 2 GPa, was den Zweck der Idee zunichte macht.

Später wurde die Idee eines Weltraumaufzugs einem breiteren Publikum bekannt gemacht; im Jahr 1979 ᴦ. Arthur C. Clarkes Roman „The Fountains of Paradise“ wurde 1982 veröffentlicht. - Robert Heinleins Roman „Freitag“. Aber da der Fortschritt in dieser Richtung ins Stocken geraten ist, ist er in Vergessenheit geraten.

Die Situation änderte sich dramatisch, als Chemiker Kohlenstoffnanoröhren erfanden. Das Interesse an ihnen nahm nach der Veröffentlichung im Jahr 1991 stark zu. von Sumio Iijima von Nippon Electric. (Man muss dazu sagen, dass die Existenz von Kohlenstoffnanoröhren seit den 1950er Jahren bekannt ist, man ihnen aber lange Zeit keine Beachtung schenkte.) Nanoröhren sind viel stärker, aber gleichzeitig auch viel leichter als Stahlkabel. Genau genommen übersteigt ihre Festigkeit sogar das für einen Weltraumaufzug erforderliche Maß. Laut Wissenschaftlern sollten Kohlenstoffnanoröhrenfasern einem Druck von 120 GPa standhalten, was deutlich über dem alles entscheidenden Minimum liegt. Nach dieser Entdeckung wurden die Versuche, einen Weltraumaufzug zu bauen, mit neuer Kraft wieder aufgenommen.

B 1999 ᴦ. eine große NASA-Studie wurde veröffentlicht; Es sah einen Weltraumaufzug in Form eines etwa einen Meter breiten und etwa 47.000 km langen Bandes vor, das eine Nutzlast von etwa 15 Tonnen in die Umlaufbahn um die Erde befördern könnte. Die Umsetzung eines solchen Projekts würde die Wirtschaftlichkeit von Raumfahrt. Die Kosten für die Beförderung von Fracht in den Orbit würden sofort um das Zehntausendfache sinken; Eine solche Veränderung kann nicht anders als revolutionär genannt werden.

Heutzutage kostet die Beförderung eines Pfunds Fracht in die erdnahe Umlaufbahn mindestens 10.000 US-Dollar. Somit würde jeder Shuttle-Flug etwa 700 Millionen US-Dollar kosten. Ein Weltraumaufzug würde die Lieferkosten auf 1 US-Dollar pro Pfund senken. Eine derart radikale Senkung der Kosten des Raumfahrtprogramms könnte unsere Ansichten darüber völlig ändern Raumfahrt. Mit einem einfachen Knopfdruck könnten Sie einen Aufzug starten und für den gleichen Geldbetrag wie beispielsweise ein Flugticket in den Weltraum aufsteigen.

Doch bevor wir einen Weltraumaufzug bauen, der uns problemlos in den Himmel bringen kann, müssen wir sehr ernste Hindernisse überwinden. Heute ist die längste im Labor hergestellte Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Faser nicht länger als 15 mm. Für einen Weltraumaufzug wären tausende Kilometer lange Nanoröhrenkabel erforderlich. Natürlich mit wissenschaftlicher Punkt Dabei handelt es sich um ein rein technisches Problem, dessen Lösung jedoch äußerst wichtig und hartnäckig und schwierig sein kann. Dennoch sind viele Wissenschaftler davon überzeugt, dass es mehrere Jahrzehnte dauern wird, bis wir die Technologie zur Herstellung langer Kabel aus Kohlenstoffnanoröhren beherrschen.

Das zweite Problem besteht im Wesentlichen darin, dass die Beschaffung langer Kabel aufgrund mikroskopischer Störungen in der Struktur von Kohlenstoffnanoröhren generell problematisch sein kann. Nicola Pugno vom Politecnico di Turin schätzt, dass die Festigkeit der Röhre sofort um 30 % abnehmen kann, wenn auch nur ein Atom in einer Kohlenstoffnanoröhre fehl am Platz ist. Insgesamt können Defekte auf atomarer Ebene einem Nanoröhrenkabel 70 % seiner Festigkeit rauben; In diesem Fall liegt die zulässige Last unter den minimalen Gigapascal, ohne die der Bau eines Weltraumaufzugs nicht möglich ist.

Um das Interesse privater Unternehmer an der Entwicklung eines Weltraumaufzugs zu wecken, hat die NASA zwei separate Wettbewerbe ausgeschrieben. (Als Beispiel wurde der Ansari 2004 vom SpaceShipOne-Schiff empfangen.\"7d NASA-Wettbewerbe heißen Beam Power Challenge und Tether Challenge.

Um den ersten Wettbewerb zu gewinnen, muss ein Forscherteam ein mechanisches Gerät entwickeln, das eine Last mit einem Gewicht von mindestens 25 kg (einschließlich ihres Eigengewichts) an einem Kabel (das beispielsweise an einem Kranausleger hängt) mit einer Geschwindigkeit von 1 hochheben kann m/s pro Höhe von 50 m. Die Aufgabe mag einfach erscheinen, aber das Problem besteht darin, dass dieses Gerät keinen Kraftstoff, keine Batterien oder ein elektrisches Kabel benötigt. Stattdessen muss der Roboterlift mit Sonnenkollektoren, Solarreflektoren, Lasern oder Mikrowellenstrahlung betrieben werden, also aus jenen Energiequellen, die im Weltraum bequem zu nutzen sind.

Um die Tether Challenge zu gewinnen, muss ein Team zwei Meter lange Tether-Stücke einreichen, die jeweils nicht mehr als zwei Gramm wiegen; Darüber hinaus muss ein solches Kabel einer um 50 % höheren Belastung standhalten bestes Beispiel vorheriges Jahr. Ziel dieses Wettbewerbs ist es, die Forschung zur Entwicklung ultraleichter Materialien anzuregen, die stark genug sind, um 100.000 km in den Weltraum gestreckt zu werden. Die Gewinner erhalten Preise in Höhe von 150.000 $, 40.000 $ und 10.000 $ (Um die Schwierigkeit der Aufgabe hervorzuheben: Im Jahr 2005 – dem ersten Jahr des Wettbewerbs – wurde niemand mit dem Preis ausgezeichnet.)

Natürlich kann sich ein Arbeitsplatzaufzug dramatisch verändern Raumfahrtprogramm, aber es hat auch seine Nachteile. Daher verschiebt sich die Flugbahn von Satelliten in einer erdnahen Umlaufbahn ständig relativ zur Erde (weil sich die Erde unter ihnen dreht). Das bedeutet, dass im Laufe der Zeit jeder Satellit mit einer Geschwindigkeit von 8 km/s mit einem Weltraumaufzug kollidieren könnte; Dies wird mehr als ausreichen, um das Kabel zu beschädigen. Um eine ähnliche Katastrophe in Zukunft zu verhindern, ist es notwendig, entweder auf jedem Satelliten kleine Raketen vorzusehen, die es ihm ermöglichen, das Höhenruder zu umgehen, oder die Halteleine selbst mit kleinen Raketen auszustatten, damit sie sich aus der Flugbahn des Satelliten bewegen kann Satelliten.

Gleichzeitig könnten Kollisionen mit Mikrometeoriten zum Problem werden – schließlich wird der Weltraumaufzug noch weit darüber hinaus steigen Erdatmosphäre, was uns in den meisten Fällen vor Meteoriten schützt. Da solche Kollisionen nicht vorhersehbar sind, muss der Weltraumaufzug mit zusätzlichen Schutz- und vielleicht sogar ausfallsicheren Backup-Systemen ausgestattet werden. Das Problem kann auch sein atmosphärische Phänomene wie Hurrikane, Flutwellen und Stürme.

Ich habe gerade wissenschaftliche Probleme durchgesehen, für die es große Belohnungen gibt, und bin auf dieses seltsame Problem gestoßen – das Spannen eines Kabels in den Weltraum.

Die hypothetische Idee zum Bau einer solchen Struktur, die auf der Verwendung eines Kabels basieren würde, das von der Oberfläche des Planeten bis zur Orbitalstation reicht, wurde erstmals 1895 von Konstantin Tsiolkovsky geäußert. Seitdem befindet sich das Projekt trotz aller Errungenschaften von Wissenschaft und Technik lediglich im Ideenstadium.

Wie hoch ist das Preisgeld für dieses Projekt?

Seit 2005 finden in den USA die jährlichen Space Elevator Games-Wettbewerbe statt, die von der Spaceward Foundation mit Unterstützung der NASA organisiert werden. Bei diesen Wettbewerben gibt es zwei Kategorien: „Bestes Kabel“ und „Bester Roboter (Aufzug)“.

Das heißt, um den Bonus zu erhalten, müssen Sie keinen voll funktionsfähigen Aufzug bauen. Es reicht aus, eine Idee für ein passendes Seil oder einen passenden Aufzug zu entwickeln und Prototypen davon zu bauen. Im Jahr 2009 betrug der Gesamtpreispool der Space Elevator Games 4.000.000 US-Dollar.

Warum besteht so großes Interesse an dieser besonderen Methode des Aufstiegs in den Weltraum? Können Sie sich etwas Billiges vorstellen? Aber die Wartung einer solch komplexen Infrastruktur, das Anheben eines Kabels, die Beseitigung einer Klippe – kann teurer sein als der Start einer Rakete. Wie viel Masse kann mit einem solchen Seil gehoben werden? Ich glaube nicht, dass es viel ist, und auch die Energiekosten müssen berücksichtigt werden.

Dies sind die Ideen, die Forschern und Designern derzeit über den AUFZUG ZUM RAUM im Kopf herumschwirren.

Aufzüge, die Menschen und Fracht von der Erdoberfläche in den Weltraum transportieren können, könnten das Ende weltraumverschmutzender Raketen bedeuten. Die Herstellung eines solchen Aufzugs ist jedoch äußerst schwierig. Das Konzept der Weltraumaufzüge war schon vor langer Zeit bekannt und wurde von Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky eingeführt, doch seitdem sind wir der praktischen Umsetzung eines solchen Mechanismus kein Jota näher gekommen. Elon Musk twitterte kürzlich: „Und bitte stellen Sie mir keine Fragen zu Weltraumaufzügen, bis wir Kohlenstoff-Nanoröhrenmaterial mit einer Länge von mindestens einem Meter gezüchtet haben.“

Viele halten Elon Musk für den Visionär unserer Zeit – den Pionier der privaten Weltraumforschung und den Mann hinter der Idee des Hyperloop-Transportsystems, das Menschen in nur wenigen Minuten durch ein Metallrohr von Los Angeles nach San Francisco befördern kann 35 Minuten. Aber es gibt einige Ideen, die selbst er für zu weit hergeholt hält. Inklusive Weltraumaufzug.

„Es ist unglaublich schwierig. „Ich glaube nicht, dass der Bau eines Weltraumaufzugs eine realistische Idee ist“, sagte Musk letzten Oktober auf einer Konferenz am MIT und fügte hinzu, dass es einfacher wäre, eine Brücke von Los Angeles nach Tokio zu bauen als einen Aufzug, der Materialien in den Weltraum befördern könnte.

In den Werken von Science-Fiction-Autoren wie Arthur C. Clarke wurde beschrieben, wie man Menschen und Nutzlasten in Kapseln in den Weltraum schickt, die entlang eines riesigen Kabels laufen, das durch die Erdrotation gehalten wird, in der realen Welt war es jedoch unwahrscheinlich, dass es praktikabel wäre. Es stellt sich heraus, dass wir uns selbst betrügen und unsere Fähigkeiten nicht ausreichen, um dieses komplexe technische Problem zu lösen?

Befürworter von Weltraumaufzügen halten das für ausreichend. Sie halten chemische Raketen für veraltet, riskant und schädlich Umfeld und Finanzen verschlingen. Ihre Alternative ist im Wesentlichen eine Zugverbindung in den Weltraum: ein elektrisch angetriebenes Raumschiff, das sich von einem Anker auf der Erde an einem Hochleistungsseil, das mit einem Gegengewicht verbunden ist, in einer geostationären Umlaufbahn um den Planeten bewegt. Sobald sie in Betrieb sind, könnten Weltraumaufzüge Nutzlasten für nur 500 US-Dollar pro Kilogramm in den Weltraum befördern, verglichen mit 20.000 US-Dollar pro Kilogramm zu aktuellen Preisen.

„Diese phänomenal leistungsstarke Technologie könnte das Sonnensystem für die Menschheit öffnen“, sagt Peter Swan, Präsident des International Space Elevator Consortium. „Ich denke, die ersten Aufzüge werden robotergesteuert sein, und in 10 bis 15 Jahren werden wir sechs bis acht Aufzüge bauen, die sicher genug sein werden, um Menschen zu befördern.“

Leider müsste ein solches Bauwerk nicht nur 100.000 Kilometer lang sein – mehr als das Doppelte des Erdumfangs –, sondern auch sein eigenes Gewicht tragen. Bisher gibt es auf der Erde kein Material mit solchen Eigenschaften.

Einige Wissenschaftler glauben jedoch, dass dies möglich ist – und noch in diesem Jahrhundert Realität werden wird. Großes japanisches Bauunternehmen versprach, es bis 2050 zu schaffen Jahr. Auch amerikanische Forscher, die kürzlich ein diamantähnliches Material aus Nanofasern entwickelt haben, gehen davon aus, dass noch vor dem Ende des Jahrhunderts ein Kabel für einen Weltraumaufzug erscheinen wird.

Der Entwurf einer solch unglaublichen Struktur wird auf einem speziellen Kabel aus dünnen und ultrastarken Kohlenstoffnanoröhren basieren. Dieses Kabel wird eine Länge von 96.000 Kilometern haben.

Nach den Gesetzen der Physik verhindert die Zentrifugalkraft der Rotation, dass ein solches Kabel herunterfällt, indem es es über seine gesamte Länge streckt. Im Erfolgsfall kann der Aufzug mit einer Geschwindigkeit von 200 km/h fahren und bis zu 30 Personen in der Kabine befördern. Auf einer Höhe von 36.000 Kilometern, die der Aufzug in einer Woche erreichen wird, ist ein Stopp geplant. Der Aufzug wird Touristen auf diese Höhe bringen und Forscher und Spezialisten können bis ganz nach oben klettern.

Moderne Ideen für einen Weltraumaufzug gehen auf das Jahr 1895 zurück, als Konstantin Tsiolkovsky sich vom neu errichteten Eiffelturm in Paris inspirieren ließ und die Physik des Baus eines Gebäudes berechnete, das sich in den Weltraum erstreckt, sodass Raumschiffe ohne Raketen aus der Umlaufbahn gestartet werden konnten. In Arthur C. Clarkes Roman „The Fountains of Heaven“ aus dem Jahr 1979 baut der Protagonist einen Weltraumaufzug mit einem ähnlichen Design wie dem heute vorgestellten.

Aber wie kann man es Wirklichkeit werden lassen? „Ich liebe die Unverschämtheit der Idee“, sagt Kevin Fong, Gründer des Centre for Altitude, Space and Extreme Medicine am University College London. „Ich kann verstehen, warum die Leute diese Idee mögen, denn wenn man kostengünstig und sicher in die erdnahe Umlaufbahn gelangen könnte, stünde Ihnen sehr bald das innere Sonnensystem zur Verfügung.“

Sicherheitsfragen

Der Stolperstein liegt darin, wie man ein solches System aufbaut. „Zunächst muss es aus einem Material hergestellt werden, das es noch nicht gibt, aber stark und flexibel ist und über die notwendigen Massen- und Dichteeigenschaften verfügt, um den Transport zu unterstützen und unglaublichen Stößen standzuhalten äußere Kräfte, sagt Fong. „Ich denke, all dies erfordert eine Reihe der ehrgeizigsten Orbitalmissionen und Weltraumspaziergänge in niedrigen und hohen Erdumlaufbahnen in der Geschichte unserer Spezies.“

Es gebe auch Sicherheitsbedenken, fügt er hinzu. „Selbst wenn wir die erheblichen technischen Schwierigkeiten lösen könnten, die mit dem Bau eines solchen Dings verbunden sind, ist das Bild, das entsteht, das erschreckende Bild eines riesigen Käses mit Löchern, die von all dem Weltraumschrott und Trümmern darauf entstanden sind.“

In den letzten 12 Jahren wurden drei detaillierte Detailentwürfe vorgestellt. Das erste, von Brad Edwards und Eric Westling 2003 in dem Buch „Space Elevators“ veröffentlichte, sah den Transport einer 20-Tonnen-Nutzlast vor, die von erdbasierten Lasern angetrieben wird, zu Kosten von 150 US-Dollar pro Kilogramm und Gesamtbaukosten von 6 Milliarden US-Dollar.

Auf diesem Konzept basiert das Design Internationale Vereinigung 2013 haben Astronauten die Kabine bereits mit Schutz versehen Wetterverhältnisse für die ersten 40 Kilometer und rüstete es dann mit Solarpaneelen aus. Der Transport im Rahmen dieses Plans kostet 500 US-Dollar pro Kilogramm, und der Bau der gesamten Struktur kostet 13 Milliarden US-Dollar für das erste Projekt (dann ist es immer billiger).

Zu diesen Vorschlägen gehört ein Gegengewicht in Form eines eingefangenen Asteroiden in der Erdumlaufbahn. Der IAA-Bericht weist darauf hin, dass dieser Punkt eines Tages möglich sein könnte, jedoch nicht in naher Zukunft.

schwimmender Anker

Stattdessen könnte der 1.900 Tonnen schwere Teil, der das 6.300 Tonnen schwere Halteseil tragen würde, aus den Raumfahrzeugen und Fahrzeugen zusammengesetzt werden, die das Halteseil in den Weltraum befördern. Ergänzt wird es auch durch erbeutete Satelliten, die nicht mehr funktionieren und als Weltraummüll im Orbit baumeln.

Sie schlugen außerdem vor, sich den Anker auf der Erde als schwimmende Plattform in der Größe eines großen Tankers oder Flugzeugträgers in der Nähe des Äquators vorzustellen, da dies seine Tragfähigkeit erhöhen würde. Der bevorzugte Standort ist ein Punkt 1000 Kilometer westlich von Galapagos Inseln: Hurrikane, Taifune und Tornados gelten dort als selten.

Obayashi Corp., eines der fünf größten Bauunternehmen Japans, stellte letztes Jahr Pläne für einen noch robusteren Weltraumaufzug vor, der Roboterfahrzeuge mit Magnetschwebebahnantrieb transportieren soll, wie sie auch auf Hochgeschwindigkeitszügen zum Einsatz kommen. Sie könnten Personen mit der erforderlichen Seilstärke transportieren. Dieses Design würde schätzungsweise 100 Milliarden US-Dollar kosten, aber der Transport würde 50 bis 100 US-Dollar pro Kilogramm kosten.

Zwar gibt es sicherlich viele Hindernisse, aber die einzige Komponente, ohne die der Bau eines Weltraumaufzugs heute unmöglich wäre, ist das Kabel selbst, sagt Swan.

„Ein Material zu finden, aus dem ein Kabel hergestellt werden kann, ist ein großes technologisches Problem“, sagt er. - Alles andere ist Unsinn. Das alles können wir bereits schaffen.“

Diamantdrähte

Der Spitzenkandidat ist ein Kabel aus Kohlenstoffnanoröhren, die im Labor mit einer Zugfestigkeit von 63 Gigapascal hergestellt wurden – 13-mal stärker als der beste Stahl.

Die maximale Länge von Kohlenstoffnanoröhren hat seit ihrer Entdeckung im Jahr 1991 stetig zugenommen. Im Jahr 2013 erreichten chinesische Wissenschaftler bereits eine Länge von einem halben Meter. Die Autoren des IAA-Berichts prognostizieren, dass die Länge eines Kabels aus Kohlenstoffnanoröhren bis 2022 einen Kilometer und bis 2030 betragen wird – notwendig für die Produktion eines Weltraumaufzugs.

Unterdessen wurde im September ein neuer Anwärter auf den Space Tether vorgestellt. Ein Team unter der Leitung von John Budding, Professor für Chemie an der Pennsylvania State University, veröffentlichte in „Nature“ einen Artikel, in dem es heißt, es habe ultradünne Diamant-Nanofasern hergestellt, die möglicherweise stärker und steifer als Kohlenstoff-Nanoröhrchen seien.

Das Team begann mit der Komprimierung von Benzol Luftdruck bei 200.000 Atmosphären. Als der Druck dann langsam nachgelassen wurde, fügten sich die Atome wieder zu einer neuen, hochgeordneten Struktur zusammen, ähnlich einem Tetraeder.

Diese Formen verbinden sich zu ultradünnen Nanofasern, die in ihrer Struktur der von Diamant sehr ähnlich sind. Obwohl es aufgrund ihrer Größe noch nicht möglich ist, ihre Festigkeit direkt zu messen, haben theoretische Berechnungen gezeigt, dass die Fasern möglicherweise stärker und steifer sind als die stärksten heute verfügbaren synthetischen Materialien.

Risikominderung

„Wenn wir lernen könnten, Materialien auf der Basis von Diamant-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen lange genug und von hoher Qualität herzustellen, könnten wir laut Wissenschaft sofort mit dem Bau eines Weltraumaufzugs beginnen“, sagt Budding.

Doch selbst wenn sich eines dieser Materialien als ausreichend stark erweisen sollte, bleibt die Montage und Installation einzelner Elemente eines Weltraumaufzugs ein sehr problematisches Unterfangen. Zu den weiteren Problemen gehören Sicherheit, Mittelbeschaffung, Befriedigung konkurrierender Interessen usw. Zumindest macht sich Swan darüber keine Sorgen.

„Natürlich wird es ernsthafte Probleme geben, genau wie diejenigen, die die erste transkontinentale Eisenbahn und die Kanäle von Panama und Suez gebaut haben“, sagt er. „Es wird viel Zeit und Geld kosten, aber wie bei allen großen Unternehmen muss man die Hürden nur einmal überwinden.“

Selbst Musk kann sich nicht dazu durchringen, diese Idee zu diskreditieren. „Das ist eindeutig nichts, worüber wir jetzt reden können“, sagte er. „Aber wenn mich jemand vom Gegenteil überzeugen könnte, wäre das großartig.“

Und einige Wissenschaftler nennen die folgenden fünf Gründe, warum ein solcher Aufzug niemals gebaut werden wird:

1. Es gibt kein Material, das stark genug für das Kabel ist

Die Belastung des Kabels kann 100.000 kg/m überschreiten, daher muss das Material für seine Herstellung eine extrem hohe Zugfestigkeit und gleichzeitig eine sehr geringe Dichte aufweisen. Obwohl es kein solches Material gibt, sind selbst Kohlenstoffnanoröhren, die heute als die stärksten und elastischsten Materialien der Welt gelten, nicht geeignet.

Leider befindet sich die Technologie zu ihrer Herstellung gerade erst in der Entwicklung. Bisher ist es gelungen, winzige Materialstücke zu gewinnen: Die längste Nanoröhre, die jemals hergestellt wurde, ist einige Zentimeter lang und mehrere Nanometer breit. Ob daraus jemals ein ausreichend langes Kabel hergestellt werden kann, ist noch unklar.

2. Anfälligkeit gegenüber gefährlichen Vibrationen

Das Kabel ist anfällig für unvorhersehbare Sonnenwindböen – unter seinem Einfluss verbiegt es sich, was sich negativ auf die Stabilität des Aufzugs auswirkt. Als Stabilisatoren können Mikromotoren am Kabel angebracht werden, diese Maßnahme führt jedoch zu zusätzlichen Schwierigkeiten bei der Wartung der Struktur. Zudem wird dadurch die Fortbewegung spezieller Kabinen, der sogenannten „Climber“, entlang des Kabels erschwert. Das Kabel wird höchstwahrscheinlich mit ihnen in Resonanz geraten.

3. Corioliskraft

Das Kabel und die „Kletterer“ sind relativ zur Erdoberfläche bewegungslos. Bezogen auf den Erdmittelpunkt bewegt sich das Objekt jedoch mit einer Geschwindigkeit von 1.700 km/h an der Oberfläche und 10.000 km/h im Orbit. Dementsprechend muss den „Kletterern“ diese Geschwindigkeit beim Start gegeben werden. Der „Kletterer“ beschleunigt in einer Richtung senkrecht zum Kabel, wodurch das Kabel wie ein Pendel schwingt. Gleichzeitig entsteht eine Kraft, die versucht, unser Kabel von der Erde abzureißen. Die Kraft ist umgekehrt proportional zur Auslenkung des Seils und direkt proportional zur Hebegeschwindigkeit der Last und ihrer Masse. Somit verhindert die Corioliskraft das schnelle Anheben von Lasten in die geostationäre Umlaufbahn.
Sie können die Coriolis-Kraft bekämpfen, indem Sie einfach zwei „Kletterer“ gleichzeitig starten – von der Erde und aus der Umlaufbahn, aber dann wird das Kabel durch die Kraft zwischen den beiden Lasten noch mehr gedehnt. Eine andere Möglichkeit ist ein quälend langsamer Aufstieg auf Raupenketten.

4. Satelliten und Weltraummüll

In den letzten 50 Jahren hat die Menschheit viele Objekte in den Weltraum geschossen – nützliche und weniger nützliche. Entweder müssen die Aufzugsbauer all dies finden und entfernen (was angesichts der Anzahl nützlicher Satelliten oder Orbitalteleskope unmöglich ist), oder sie müssen ein System bereitstellen, das das Objekt vor Kollisionen schützt. Das Kabel ist theoretisch bewegungslos, sodass jeder Körper, der sich um die Erde dreht, früher oder später mit ihm kollidiert. Darüber hinaus wird die Kollisionsgeschwindigkeit nahezu der Rotationsgeschwindigkeit dieses Körpers entsprechen, so dass große Schäden am Kabel entstehen. Da das Kabel nicht manövrierbar und lang ist, kommt es häufig zu Kollisionen.
Wie damit umgegangen werden soll, ist noch nicht klar. Wissenschaftler sprechen über den Bau eines orbitalen Weltraumlasers zur Müllverbrennung, aber das liegt völlig außerhalb des Bereichs der Science-Fiction.

5. Soziale und ökologische Risiken

Der Weltraumaufzug könnte durchaus zum Ziel eines Terroranschlags werden. Ein erfolgreicher Abriss verursacht enormen Schaden und kann sogar das gesamte Projekt begraben. Daher müssen Sie gleichzeitig mit dem Aufzug rund um die Uhr eine Verteidigungsanlage rund um den Aufzug errichten.

Umweltschützer glauben, dass das Kabel paradoxerweise die Erdachse verschieben kann. Das Kabel wird starr im Orbit fixiert und jede Bewegung an der Spitze wird auf der Erde reflektiert. Können Sie sich übrigens vorstellen, was passiert, wenn es plötzlich kaputt geht?

Daher ist es sehr schwierig, ein solches Projekt auf der Erde umzusetzen. Und jetzt gute Nachrichten: Das wird auf dem Mond funktionieren. Die Gravitationskraft auf den Satelliten ist viel geringer und es gibt praktisch keine Atmosphäre. Im Schwerkraftfeld der Erde kann ein Anker geschaffen werden, und ein Kabel vom Mond wird durch den Lagrange-Punkt verlaufen – so erhalten wir einen Kommunikationskanal zwischen dem Planeten und seinem Planeten natürlicher Begleiter. Unter günstigen Bedingungen kann ein solches Kabel täglich etwa 1000 Tonnen Fracht in die Erdumlaufbahn transportieren. Das Material muss natürlich superfest sein, aber man muss nichts grundlegend Neues erfinden. Zwar muss die Länge des „Mondaufzugs“ aufgrund eines Effekts, der Gomanov-Flugbahn genannt wird, etwa 190.000 km betragen.

Quellen

Die Idee einer astrotechnischen Struktur, um Fracht in die Planetenumlaufbahn oder sogar darüber hinaus zu befördern. Zum ersten Mal wurde eine solche Idee 1895 von Konstantin Tsiolkovsky geäußert, die Idee wurde in den Werken von Yuri Artsutanov ausführlich entwickelt. Das hypothetische Design basiert auf der Verwendung eines Kabels, das von der Oberfläche des Planeten zu einer Orbitalstation in GEO verläuft. Vermutlich könnte diese Methode in Zukunft um Größenordnungen günstiger sein als der Einsatz von Trägerraketen.
Das Kabel wird an einem Ende auf der Oberfläche des Planeten (Erde) und am anderen Ende aufgrund der Zentrifugalkraft an einem stationären Punkt über dem Planeten über der geostationären Umlaufbahn (GSO) gehalten. Ein Aufzug mit einer Nutzlast fährt entlang eines Seils nach oben. Beim Aufsteigen wird die Last aufgrund der Erdrotation beschleunigt, wodurch sie in ausreichend großer Höhe über die Erdschwerkraft hinaus befördert werden kann.
Das Kabel erfordert eine extrem hohe Zugfestigkeit bei gleichzeitig geringer Dichte. Theoretischen Berechnungen zufolge scheinen Kohlenstoffnanoröhren ein geeignetes Material zu sein. Wenn wir ihre Eignung für die Herstellung eines Kabels annehmen, ist die Schaffung eines Weltraumaufzugs ein lösbares technisches Problem, das jedoch den Einsatz fortgeschrittener Entwicklungen und hoher Kosten anderer Art erfordert. Die Herstellung des Aufzugs wird auf 7-12 Milliarden US-Dollar geschätzt. Die NASA finanziert bereits die entsprechenden Entwicklungen des American Institute wissenschaftliche Forschung, einschließlich der Entwicklung eines Aufzugs, der sich unabhängig entlang eines Kabels bewegen kann.
Inhalt [entfernen]
1 Entwurf
1.1 Stiftung
1.2 Kabel
1.2.1 Verdickung des Kabels
1.3 Heben
1.4 Gegengewicht
1.5 Drehimpuls, Geschwindigkeit und Neigung
1.6 Start ins All
2 Bau
3 Ökonomie eines Weltraumaufzugs
4 Erfolge
5 Literatur
6 Weltraumaufzug in verschiedenen Werken
7 Siehe auch
8 Notizen
9 Links
9.1 Organisationen
9.2 Sonstiges
Design

Es gibt mehrere Gestaltungsmöglichkeiten. Fast alle von ihnen umfassen eine Basis (Basis), ein Kabel (Kabel), Aufzüge und ein Gegengewicht.
Base
Die Basis eines Weltraumaufzugs ist die Stelle auf der Planetenoberfläche, an der das Kabel befestigt wird und mit dem Heben der Ladung begonnen wird. Es kann mobil sein und auf einem Seeschiff platziert werden.
Der Vorteil einer beweglichen Basis ist die Möglichkeit, Manöver durchzuführen, um Hurrikanen und Stürmen auszuweichen. Die Vorteile einer stationären Basis sind günstigere und besser zugängliche Energiequellen sowie die Möglichkeit, die Kabellänge zu reduzieren. Der Unterschied von einigen Kilometern Kabel ist relativ gering, kann aber dazu beitragen, die erforderliche Dicke des Mittelteils und die Länge des Verlängerungsteils zu reduzieren für Geostationär Orbit.
Kabel
Das Kabel muss aus einem Material mit einem extrem hohen Verhältnis von Zugfestigkeit zu spezifischem Gewicht bestehen. Ein Weltraumaufzug wird wirtschaftlich gerechtfertigt sein, wenn es möglich ist, im industriellen Maßstab zu einem vernünftigen Preis ein Kabel mit einer mit Graphit vergleichbaren Dichte und einer Festigkeit von ca 65–120 Gigapascal.
Zum Vergleich: Die Festigkeit der meisten Stahlsorten beträgt etwa 1 GPa, und selbst die stärksten Sorten haben nicht mehr als 5 GPa und Stahl ist schwer. Das viel leichtere Kevlar hat eine Festigkeit im Bereich von 2,6–4,1 GPa und Quarzfaser hat eine Festigkeit von bis zu 20 GPa und mehr. Die theoretische Festigkeit von Diamantfasern kann etwas höher sein.
Der Theorie zufolge sollten Kohlenstoffnanoröhren eine viel höhere Dehnbarkeit aufweisen, als sie für einen Weltraumaufzug erforderlich ist. Die Technologie, sie in industriellen Mengen herzustellen und zu Kabeln zu verweben, steht jedoch erst am Anfang der Entwicklung. Theoretisch sollte ihre Festigkeit mehr als 120 GPa betragen, aber in der Praxis betrug die höchste Dehnung einer einwandigen Nanoröhre 52 GPa, und im Durchschnitt brachen sie im Bereich von 30–50 GPa. Der stärkste aus Nanoröhren gewebte Faden ist schwächer als seine Bestandteile. Die Forschung zur Verbesserung der Reinheit des Röhrenmaterials und zur Herstellung verschiedener Röhrentypen wird fortgesetzt.
Die meisten Weltraumaufzugsprojekte verwenden einwandige Nanoröhren. Mehrschichtige Schichten haben eine höhere Festigkeit, sind aber schwerer und weisen ein geringeres Verhältnis von Festigkeit zu Dichte auf. Eine mögliche Option ist die Hochdruckverbindung einwandiger Nanoröhren. In diesem Fall geht durch den Ersatz der sp²-Bindung (Graphit, Nanoröhren) durch die sp³-Bindung (Diamant) zwar Festigkeit verloren, sie werden jedoch durch Van-der-Waals-Kräfte besser in einer Faser gehalten und ermöglichen die Herstellung von Fasern von beliebiger Länge. [Quelle nicht 810 Tage angegeben]

Kristallgitterfehler verringern die Festigkeit von Nanoröhren
In einem Experiment von Wissenschaftlern der University of Southern California (USA) zeigten einwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine spezifische Festigkeit, die 117-mal höher als die von Stahl und 30-mal höher als die von Kevlar war. Es konnte ein Wert von 98,9 GPa erreicht werden, der Maximalwert der Nanoröhrenlänge betrug 195 μm.
Die Technologie zum Weben solcher Fasern steckt noch in den Kinderschuhen.
Nach Ansicht einiger Wissenschaftler werden selbst Kohlenstoffnanoröhren niemals stark genug sein, um ein Weltraumaufzugskabel herzustellen.
Experimente von Wissenschaftlern von Technologisch Die Universität Sydney ermöglichte die Herstellung von Graphenpapier. Probentests machen Mut: Die Dichte des Materials ist fünf- bis sechsmal geringer als die von Stahl, während die Zugfestigkeit zehnmal höher ist als die von Kohlenstoffstahl. Gleichzeitig ist Graphen ein guter Leiter für elektrischen Strom, wodurch es als Kontaktbus zur Stromübertragung an einen Aufzug verwendet werden kann.
Verdickung des Kabels

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Der Weltraumaufzug muss mindestens sein Eigengewicht tragen, was aufgrund der Länge des Kabels erheblich ist. Eine Verdickung erhöht einerseits die Festigkeit des Kabels, andererseits erhöht es sein Gewicht und damit die erforderliche Festigkeit. Die Belastung variiert an verschiedenen Stellen: In manchen Fällen muss ein Abschnitt des Halteseils das Gewicht der darunter liegenden Segmente tragen, in anderen Fällen muss es der Zentrifugalkraft standhalten, die die oberen Teile des Halteseils in der Umlaufbahn hält. Befriedigen Um diesem Zustand gerecht zu werden und um an jedem Punkt ein optimales Kabel zu erreichen, wird seine Dicke variabel sein.
Es kann gezeigt werden, dass unter Berücksichtigung der Schwerkraft und der Zentrifugalkraft der Erde (aber ohne Berücksichtigung des geringeren Einflusses von Mond und Sonne) der Querschnitt des Kabels in Abhängigkeit von der Höhe durch die folgende Formel beschrieben wird:

Dabei ist A ® die Querschnittsfläche des Kabels als Funktion des Abstands r vom Erdmittelpunkt.
Die Formel verwendet die folgenden Konstanten:
A0 ist die Querschnittsfläche des Kabels auf Höhe der Erdoberfläche.
ρ ist die Dichte des Kabelmaterials.
s ist die Zugfestigkeit des Kabelmaterials.
ω ist die Kreisfrequenz der Erdrotation um ihre Achse, 7,292×10−5 Bogenmaß pro Sekunde.
r0 ist der Abstand zwischen dem Erdmittelpunkt und der Basis des Kabels. Es ist ungefähr entspricht dem Radius der Erde, 6.378 km.
g0 ist die Erdbeschleunigung am Fuß des Kabels, 9,780 m/s².
Diese Gleichung beschreibt einen Haltegurt, dessen Dicke zunächst exponentiell zunimmt, sich dann in einer Höhe von mehreren Erdradien verlangsamt und dann konstant wird und schließlich eine geostationäre Umlaufbahn erreicht. Danach beginnt die Dicke wieder abzunehmen.
Somit beträgt das Verhältnis der Querschnittsflächen des Kabels an der Basis und am GSO (r = 42.164 km):
Setzt man hier die Dichte und Festigkeit von Stahl und den Durchmesser des Kabels auf Bodenhöhe von 1 cm ein, so ergibt sich auf GSO-Ebene ein Durchmesser von mehreren hundert Kilometern, was bedeutet, dass Stahl und andere uns bekannte Materialien für den Bau eines Kabels ungeeignet sind Aufzug.
Daraus folgt, dass es vier Möglichkeiten gibt, eine angemessenere Kabeldicke auf GSO-Ebene zu erreichen:
Verwenden Sie weniger dichtes Material. Da die Dichte der meisten Feststoffe im relativ kleinen Bereich von 1000 bis 5000 kg/m³ liegt, ist es unwahrscheinlich, dass hier etwas erreicht wird.
Verwenden Sie mehr langlebiges Material. Die Forschung geht hauptsächlich in diese Richtung. Kohlenstoffnanoröhren sind zehnmal stärker als der beste Stahl und reduzieren die Dicke des Kabels auf GSO-Ebene erheblich.
Heben Sie die Basis des Kabels höher an. Aufgrund der Exponentialfunktion in der Gleichung führt bereits eine geringfügige Anhebung der Basis zu einer erheblichen Verringerung der Kabeldicke. Es werden Türme mit einer Höhe von bis zu 100 km vorgeschlagen, die nicht nur Kabel einsparen, sondern auch den Einfluss vermeiden atmosphärische Prozesse.
Machen Sie die Basis des Kabels so dünn wie möglich. Es muss immer noch dick genug sein, um einen beladenen Aufzug zu tragen, daher hängt die Mindestdicke an der Basis auch von der Festigkeit des Materials ab. Ein Kabel aus Kohlenstoffnanoröhren muss an der Basis nur einen Millimeter dick sein.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Basis des Aufzugs beweglich zu machen. Selbst bei einer Geschwindigkeit von 100 m/s erhöht sich die Kreisgeschwindigkeit bereits um 20 % und die Kabellänge verringert sich um 20–25 %, wodurch das Kabel um 50 % oder mehr leichter wird. Wenn Sie das Kabel „verankern“. bei Überschall[Quelle nicht angegeben 664 Tage] in einem Flugzeug oder Zug, dann wird der Gewinn an Kabelmasse nicht mehr in Prozenten, sondern in Dutzenden gemessen (Verluste werden jedoch nicht berücksichtigt). für Widerstand Luft).
Aufzug

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Konzeptzeichnung eines Weltraumaufzugs, der durch die Wolken steigt
Ein Weltraumaufzug kann nicht wie ein normaler Aufzug (mit beweglichen Kabeln) funktionieren, da die Dicke seines Kabels nicht konstant ist. Bei den meisten Projekten kommt ein Hebezeug zum Einsatz, das an einem festen Kabel hochfährt, es wurden jedoch auch kleine segmentierte bewegliche Kabel vorgeschlagen, die entlang des Hauptkabels verlaufen.
Angeboten verschiedene Wege Aufzugskonstruktionen. Bei Flachkabeln können Sie Rollenpaare verwenden, die durch Reibung gehalten werden. Weitere Optionen sind bewegliche Speichen mit Haken auf Platten, Rollen mit einziehbaren Haken, Magnetschwebebahn (unwahrscheinlich, da umständliche Wege am Kabel befestigt werden müssen) usw. [Quelle nicht angegeben 661 Tage]
Ein ernstes Problem bei der Konstruktion des Aufzugs ist die Energiequelle [Quelle nicht angegeben 661 Tage]. Es ist unwahrscheinlich, dass die Energiespeicherdichte jemals so hoch sein wird, dass der Aufzug über genügend Energie verfügt, um das gesamte Kabel hinaufzuklettern. Mögliche externe Energiequellen sind Laser- oder Mikrowellenstrahlen. Weitere Möglichkeiten sind die Nutzung der Bremsenergie von abwärts fahrenden Aufzügen; Unterschied in den Troposphärentemperaturen; ionosphärische Entladung usw. Die Hauptoption [Quelle nicht angegeben 661 Tage] (Energiestrahlen) ist mit ernsthaften Problemen verbunden mit Effizienz und Wärmeableitung an beiden Enden, obwohl es machbar ist, wenn man optimistisch in Bezug auf zukünftige technologische Fortschritte ist.
Aufzüge sollten im optimalen Abstand zueinander folgen, um die Belastung des Seils und dessen Schwingungen zu minimieren und maximieren Durchsatz. Der unzuverlässigste Bereich des Kabels liegt in der Nähe seiner Basis; es sollte nicht mehr als einen Lift geben [Quelle nicht angegeben 661 Tage]. Aufzüge, die sich nur nach oben bewegen, erhöhen die Kapazität, ermöglichen jedoch nicht den Einsatz von Bremsenergie bei der Abwärtsbewegung und können Personen nicht auf den Boden zurückbringen. Darüber hinaus müssen Komponenten solcher Aufzüge im Orbit für andere Zwecke genutzt werden. In jedem Fall sind kleine Aufzüge besser als große, da sie flexibler im Fahrplan sind, aber auch mehr technische Einschränkungen mit sich bringen.
Darüber hinaus ist der Aufzugsfaden selbst ständig den Auswirkungen sowohl der Coriolis-Kraft als auch der atmosphärischen Strömungen ausgesetzt. Da sich der „Aufzug“ außerdem über der Höhe der geostationären Umlaufbahn befinden muss, ist er ständigen Belastungen ausgesetzt, einschließlich Spitzenlasten, beispielsweise Ruckeln [Quelle nicht angegeben 579 Tage].
Wenn die oben genannten Hindernisse jedoch irgendwie beseitigt werden können, kann ein Weltraumaufzug realisiert werden. Allerdings wird ein solches Projekt extrem teuer sein, aber in Zukunft könnte es mit Einweg- und wiederverwendbaren Raumfahrzeugen konkurrieren [Quelle nicht angegeben 579 Tage].
Gegengewicht

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Ein Gegengewicht kann auf zwei Arten erzeugt werden – durch Anbringen eines schweren Gegenstandes (zum Beispiel eines Asteroiden) über geostationär hinaus Umlaufbahn oder Fortsetzung des Halteseils selbst über eine beträchtliche Entfernung für Geostationär Orbit. Die zweite Option ist in letzter Zeit immer beliebter geworden, weil sie einfacher zu implementieren ist und es außerdem einfacher ist, Lasten vom Ende eines verlängerten Kabels zu anderen Planeten zu befördern, da es relativ zur Erde eine erhebliche Geschwindigkeit aufweist.
Drehimpuls, Geschwindigkeit und Neigung

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Wenn sich der Aufzug nach oben bewegt, neigt sich der Aufzug um 1 Grad Oberer Teil Der Aufzug bewegt sich schneller um die Erde als der Boden (Coriolis-Effekt). Maßstab nicht gespeichert
Die horizontale Geschwindigkeit jedes Abschnitts des Kabels nimmt mit der Höhe proportional zum Abstand zum Erdmittelpunkt zu auf geostationär Umlaufbahn der ersten Fluchtgeschwindigkeit. Daher muss er beim Heben einer Last zusätzlichen Drehimpuls (horizontale Geschwindigkeit) gewinnen.
Durch die Rotation der Erde entsteht ein Drehimpuls. Der Aufzug bewegt sich zunächst etwas langsamer als das Kabel (Coriolis-Effekt), wodurch das Kabel „verlangsamt“ und leicht nach Westen abgelenkt wird. Bei einer Aufstiegsgeschwindigkeit von 200 km/h neigt sich das Seil um 1 Grad. Horizontale Spannungskomponente in nicht vertikaler Form Das Seil zieht die Last zur Seite und beschleunigt sie in östlicher Richtung (siehe Diagramm) – dadurch erhält der Aufzug zusätzliche Geschwindigkeit. Nach dem dritten Newtonschen Gesetz bremst das Kabel die Erde um einen kleinen Betrag.
Gleichzeitig wird das Kabel durch den Einfluss der Zentrifugalkraft dazu gezwungen, in eine energetisch günstige Vertikallage zurückzukehren, so dass es sich in einem stabilen Gleichgewichtszustand befindet. Wenn der Schwerpunkt des Aufzugs unabhängig von der Geschwindigkeit des Aufzugs immer über der geostationären Umlaufbahn liegt, wird er nicht abstürzen.
Wenn die Ladung das GEO erreicht, reicht ihr Drehimpuls (horizontale Geschwindigkeit) aus, um die Ladung in die Umlaufbahn zu befördern.
Beim Absenken der Last erfolgt der umgekehrte Vorgang, das Seil wird nach Osten geneigt.
Starten Sie in den Weltraum
Am Ende des Kabels in einer Höhe von 144.000 km beträgt die tangentiale Komponente der Geschwindigkeit 10,93 km/s, was mehr als ausreicht, um das Schwerefeld der Erde zu verlassen und Schiffe zum Saturn zu starten. Wenn das Objekt frei entlang der Oberseite des Halteseils gleiten könnte, hätte es genug Geschwindigkeit, um dem Sonnensystem zu entkommen. Dies geschieht aufgrund des Übergangs des gesamten Drehimpulses des Kabels (und der Erde) in die Geschwindigkeit des gestarteten Objekts.
Um noch höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, können Sie das Seil verlängern oder die Last mittels Elektromagnetismus beschleunigen.
Konstruktion

Der Bau ist im Gange von geostationär Stationen. Das ist das Einzige ein Ort, an dem ein Raumschiff landen kann. Ein Ende sinkt auf die Erdoberfläche, gedehnt durch die Schwerkraft. Ein anderer, z ausgleichend,- In die andere Richtung Seite und wird durch die Zentrifugalkraft gezogen. Das bedeutet, dass sämtliche Baumaterialien angehoben werden müssen zu geostationär auf herkömmliche Weise in die Umlaufbahn zu bringen, unabhängig vom Bestimmungsort der Ladung. Das heißt, die Kosten für die Anhebung des gesamten Weltraumaufzugs zu geostationär Orbit - der Mindestpreis des Projekts.
Ökonomie eines Weltraumaufzugs

Vermutlich wird der Weltraumaufzug die Kosten für den Transport von Fracht in den Weltraum erheblich senken. Der Bau von Weltraumaufzügen ist teuer, ihre Betriebskosten sind jedoch niedrig, sodass sie am besten über einen längeren Zeitraum für sehr große Frachtmengen eingesetzt werden. Derzeit ist der Markt für das Befördern von Lasten möglicherweise nicht groß genug, um den Bau eines Aufzugs zu rechtfertigen, aber die drastische Preissenkung sollte zu einer größeren Vielfalt an Lasten führen. Andere Verkehrsinfrastrukturen – Autobahnen und Eisenbahnen – rechtfertigen sich in gleicher Weise.
Die Kosten für die Entwicklung eines Aufzugs sind vergleichbar mit den Kosten für die Entwicklung eines Space Shuttles [Quelle nicht angegeben: 810 Tage]. Auf die Frage, ob der Weltraumaufzug das in ihn investierte Geld zurückbringt oder ob es besser wäre, es in die Weiterentwicklung der Raketentechnologie zu investieren, gibt es noch keine Antwort.
Wir sollten die Begrenzung der Anzahl der Relaissatelliten nicht vergessen auf geostationär Umlaufbahn: Derzeit erlauben internationale Abkommen 360 Satelliten – einen Transponder pro Winkelgrad, um Störungen bei der Ausstrahlung im Ku-Frequenzband zu vermeiden. Für C-Frequenzen ist die Anzahl der Satelliten auf 180 begrenzt.
Somit ist der Weltraumaufzug nur bedingt für Massenstarts geeignet zu geostationär Umlaufbahn [Quelle nicht angegeben 554 Tage] und eignet sich am besten für die Erforschung des Weltraums und insbesondere des Mondes.
Dieser Umstand erklärt das tatsächliche kommerzielle Scheitern des Projekts, da die finanziellen Kosten hauptsächlich auf Nichtregierungsorganisationen gerichtet sind Satelliten weiterleiten, Sie besetzen entweder eine geostationäre Umlaufbahn (Fernsehen, Kommunikation) oder niedrigere Umlaufbahnen (globale Positionierungssysteme, Beobachtung natürlicher Ressourcen usw.).
Der Aufzug kann jedoch ein Hybridprojekt sein und neben der Funktion, Fracht in die Umlaufbahn zu befördern, auch eine Basis für andere Forschungs- und kommerzielle Programme bleiben, die nichts mit Verkehr zu tun haben.
Erfolge

Seit 2005 findet in den USA der jährliche Wettbewerb „Space Elevator Games“ statt, der von der Spaceward Foundation mit Unterstützung der NASA organisiert wird. Bei diesen Wettbewerben gibt es zwei Kategorien: „Bestes Kabel“ und „Bester Roboter (Aufzug)“.
Beim Hubwettbewerb muss der Roboter eine festgelegte Distanz überwinden und dabei ein vertikales Kabel mit einer Geschwindigkeit hinaufklettern, die nicht geringer ist als die in den Regeln festgelegte. (bei Wettbewerben Im Jahr 2007 galten folgende Standards: Kabellänge – 100 m, Mindestgeschwindigkeit – 2 m/s. Das beste Ergebnis des Jahres 2007 war das Zurücklegen einer Distanz von 100 m mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 1,8 m/s.
Das Gesamtpreisgeld für den Space Elevator Games-Wettbewerb im Jahr 2009 betrug 4 Millionen US-Dollar.
Beim Seilkraftwettbewerb muss den Teilnehmern ein Zwei-Meter-Ring zur Verfügung gestellt werden aus robustem Material gefertigt Material mit einem Gewicht von nicht mehr als 2 Gramm, das spezielle Installation prüft auf Bruch. Um den Wettbewerb zu gewinnen, muss die Stärke des Kabels in diesem Indikator mindestens 50 % größer sein als die der NASA bereits zur Verfügung stehende Probe. Das bisher beste Ergebnis erzielte das Kabel, das einer Belastung von bis zu 0,72 Tonnen standhielt.
Zum Wettbewerb gehört nicht die Liftport Group, die für ihre Behauptungen bekannt wurde, im Jahr 2018 einen Weltraumaufzug starten zu wollen (später auf 2031 verschoben). Liftport führt eigene Experimente durch, beispielsweise kletterte 2006 ein Roboterlift mit Hilfe von Ballons an einem starken Seil hoch. Von eineinhalb Kilometern schaffte der Lift lediglich 460 Meter. Als nächsten Schritt plant das Unternehmen die Durchführung von Tests an einem 3 km hohen Kabel.
Der von der Spaceward Foundation und der NASA organisierte Wettbewerb „Space Elevator Games“ fand vom 4. bis 6. November 2009 in Südkalifornien im Dryden Flight Research Center innerhalb der Grenzen der berühmten Edwards Air Force Base statt. Die Testlänge des Kabels betrug 900 Meter, das Anheben des Kabels erfolgte mit einem Helikopter. Die Führung übernahm LaserMotive, das einen Aufzug mit einer Geschwindigkeit von 3,95 m/s vorstellte, was sehr nahe an der geforderten Geschwindigkeit liegt. Der Aufzug legte die gesamte Länge des Kabels in 3 Minuten und 49 Sekunden zurück; der Aufzug beförderte eine Nutzlast von 0,4 kg.
Im August 2010 stellte LaserMotive seine neueste Erfindung auf der AUVSI Unmanned Systems Conference in Denver, Colorado vor. Die neue Art Der Laser trägt dazu bei, Energie wirtschaftlicher über große Entfernungen zu übertragen; der Laser verbraucht nur wenige Watt.
Literatur

Yuri Artsutanov „In den Weltraum – auf einer Elektrolokomotive“ Zeitung " TVNZ" vom 31. Juli 1960.
Alexander Bolonkin „Non-Rocket Space Launch and Flight“, Elsevier, 2006, 488 Seiten. http://www.scribd.com/doc/24056182
Weltraumaufzug in verschiedenen Werken

Eines der berühmten Werke von Arthur C. Clarke, The Fountains of Paradise, basiert auf der Idee eines Weltraumaufzugs. Außerdem erscheint ein Weltraumaufzug und im Finale Teile seiner berühmten Tetralogie A Space Odyssey (3001: The Final Odyssey).
Battle Angel verfügt über einen zyklopischen Weltraumaufzug, an dessen einem Ende sich die Himmelsstadt Salem (für Bürger) und eine Unterstadt (für Nicht-Bürger) befindet, und am anderen Ende befindet sich die Weltraumstadt Yeru. Eine ähnliche Struktur befindet sich auf der anderen Seite der Erde.
In der Serie " Star Trek: Voyager“ in Folge 3x19 „Rise“ hilft ein Weltraumaufzug der Crew bei der Flucht von einem Planeten mit gefährlicher Atmosphäre.
Civilization IV verfügt über einen Weltraumaufzug. Dort ist er eines der späteren „Großen Wunder“.
Timothy Zahns Science-Fiction-Roman „Silkworm“ („Spinneret“, 1985) erwähnt einen Planeten, der Superfasern produzieren kann. Eine der am Planeten interessierten Rassen wollte diese Faser speziell für den Bau eines Weltraumaufzugs erhalten.
In Sergei Lukjanenkos Dilogie „Sterne sind kaltes Spielzeug“ lieferte eine der außerirdischen Zivilisationen im Rahmen des interstellaren Handels superstarke Fäden zur Erde, die zum Bau eines Weltraumaufzugs verwendet werden konnten. Aber außerirdische Zivilisationen bestanden ausschließlich darauf bei der Verwendung sie für ihren beabsichtigten Zweck – zur Unterstützung während der Geburt.
Im Anime Mobile Suit Gundam 00 gibt es drei Weltraumaufzüge; an ihnen ist außerdem ein Ring aus Sonnenkollektoren angebracht, der die Nutzung des Weltraumaufzugs zur Stromerzeugung ermöglicht.
Im Anime Z.O.E. Dolores zeigt einen Weltraumaufzug und zeigt auch, was im Falle eines Terroranschlags passieren könnte.
Im Science-Fiction-Roman „Doomed to Victory“ von J. Scalzi (dt. Scalzi, John. Old Man's War) werden Weltraumaufzugssysteme auf der Erde, zahlreichen irdischen Kolonien und einigen Planeten anderer hochentwickelter intelligenter Rassen aktiv zur Kommunikation genutzt die Liegeplätze interstellarer Schiffe.
Im Science-Fiction-Roman „Tomorrow Will Be Eternity“ von Alexander Gromov dreht sich die Handlung um die Tatsache der Existenz eines Weltraumaufzugs. Es gibt zwei Geräte – eine Quelle und einen Empfänger, die mithilfe eines „Energiestrahls“ in der Lage sind, die Aufzugskabine in die Umlaufbahn zu heben.
In Alastair Reynolds‘ Fantasy-Roman „The Abyss City“ detaillierte Beschreibung Gebäude und funktionsfähig Weltraumaufzug, der Prozess seiner Zerstörung (infolge eines Terroranschlags) wird beschrieben.
In Terry Pratchetts Science-Fiction-Roman Strata geht es um die Linie, ein extrem langes künstliches Molekül, das als Weltraumaufzug verwendet wird.
Erwähnt im Lied der Gruppe Zvuki Mu „Elevator to Heaven“
Der Weltraumaufzug wird in der Anime-Serie Trinity Blood erwähnt, in der das Raumschiff Arc als Gegengewicht dient.
Ganz am Anfang des Sonic Colors-Spiels ist Sonic und Tails zu sehen, wie sie mit dem Weltraumaufzug zum Dr. Eggman's Park fahren
siehe auch

Weltraumkanone
Schleife starten
Weltraumbrunnen
Anmerkungen

http://galspace.spb.ru/nature.file/lift.html Weltraumaufzug und Nanotechnologie
In den Weltraum – im Aufzug! // KP.RU
Weltraumaufzug umkreist Gesellschaftspolitische und Populärwissenschaft Russisches Weltraummagazin Nr. 11, 2008
Kohlenstoffnanoröhren sind zwei Größenordnungen stärker als Stahl
MEMBRAN | Weltnachrichten | Nanoröhren werden einen Weltraumaufzug nicht überleben
Neues Graphenpapier erweist sich als stärker als Stahl
Lemeshko Andrey Viktorovich. Weltraumlift Lemeshko A.V./ Weltraumlift Lemeshko A.V.
en:Satellitenfernsehen#Technologie
Elevator to the Sky stellt Rekorde mit Blick auf die Zukunft auf
Es wurde ein Laser entwickelt, der Weltraumaufzüge antreiben könnte
LaserMotive demonstriert laserbetriebenen Hubschrauber auf der Unmanned Systems North America 2010 des AUVSI

IV. Interregionale Schülerkonferenz

„Weg zu den Sternen“

Weltraumaufzug – Fiktion oder Realität?

Vollendet:

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Aufsicht:

___________________

Jaroslawl

Einführung

Ideen für Weltraumaufzüge von K.E. Tsiolkovsky, Yu.N. Artsutanova, G.G. Poljakowa

Entwurf eines Weltraumaufzugs

Beschreibung moderner Projekte

Abschluss

Einführung

1978 erschien Arthur C. Clarkes Science-Fiction-Roman „The Fountains of Paradise“, der sich der Idee widmete, einen Weltraumaufzug zu bauen. Die Handlung spielt im 22. Jahrhundert auf der nicht existierenden Insel Taproban, die, wie der Autor im Vorwort ausführt, zu 90 % der Insel Ceylon (Sri Lanka) entspricht.

Oftmals sagen Science-Fiction-Autoren das Erscheinen einer Erfindung nicht aus ihrem eigenen Jahrhundert, sondern aus einer viel späteren Zeit voraus.

Was ist ein Weltraumaufzug?

Ein Weltraumaufzug ist ein Konzept einer technischen Struktur zum Befördern von Fracht in den Weltraum ohne Raketen. Dieses hypothetische Design basiert auf der Verwendung eines Kabels, das von der Oberfläche des Planeten zu einer Orbitalstation in GEO verläuft. Zum ersten Mal wurde eine solche Idee 1895 von Konstantin Tsiolkovsky geäußert; die Idee wurde in den Werken von Yuri Artsutanov ausführlich entwickelt.

Der Zweck dieser Arbeit besteht darin, die Möglichkeit des Baus eines Weltraumaufzugs zu untersuchen.

Ideen für Weltraumaufzüge von K.E. Tsiolkovsky, Yu.N. Artsutanov und G.G. Poljakowa

Konstantin Tsiolkovsky ist ein russischer und sowjetischer Autodidakt, Wissenschaftler, Erfinder und Schullehrer. Begründer der theoretischen Kosmonautik. Er begründete den Einsatz von Raketen für Raumflüge und kam zu dem Schluss, dass der Einsatz von „Raketenzügen“ – Prototypen mehrstufiger Raketen – notwendig sei. Seine wichtigsten wissenschaftlichen Arbeiten beziehen sich auf Luftfahrt, Raketendynamik und Raumfahrt.

Vertreter des russischen Kosmismus, Mitglied der Russischen Gesellschaft der Liebhaber der Weltstudien. Autor von Science-Fiction-Werken, Unterstützer und Propagandist der Ideen der Weltraumforschung. Tsiolkovsky schlug vor, den Weltraum mithilfe von Orbitalstationen zu bevölkern. Er glaubte, dass die Entwicklung des Lebens auf einem der Planeten des Universums eine solche Kraft und Perfektion erreichen würde, dass es möglich wäre, die Schwerkraft zu überwinden und das Leben im gesamten Universum zu verbreiten.

Im Jahr 1895 formulierte der russische Wissenschaftler Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky als erster das Konzept und die Idee eines Weltraumaufzugs. Er beschrieb eine freistehende Struktur, die sich vom Boden bis zur geostationären Umlaufbahn erstreckte. Mit einer Höhe von 36.000 Kilometern über dem Äquator und der Richtung der Erdrotation folgend, würde dieses Bauwerk am Endpunkt mit einer Umlaufzeit von genau einem Tag an einer festen Position bleiben.

YU
Riy Nikolaevich Artsutanov ist ein in Leningrad geborener russischer Ingenieur. Absolvent der Leningrader Schule

Das Institute of Technology gilt als einer der Pioniere der Idee des Weltraumaufzugs. 1960 schrieb er den Artikel „To Space – by Electric Locomotive“, in dem er das Konzept eines Weltraumaufzugs als kostengünstige, sichere und bequeme Möglichkeit zum Zugang zur Umlaufbahn diskutierte, um die Erforschung des Weltraums zu erleichtern.

Juri Nikolajewitsch entwickelte die Idee von Konstantin Ziolkowski. Artsutanovs Konzept basierte darauf, geosynchrone Satelliten über ein Kabel mit der Erde zu verbinden. Er schlug vor, den Satelliten als Basis für den Turmbau zu verwenden, da der geosynchrone Satellit über einem festen Punkt am Äquator bleiben würde. Mit Hilfe eines Gegengewichts wird das Kabel aus der geosynchronen Umlaufbahn auf die Erdoberfläche abgesenkt, während sich das Gegengewicht von der Erde wegbewegt und den Schwerpunkt des Kabels relativ zur Erde stationär hält.

A Rtsutanov schlug vor, ein Ende eines solchen „Seils“ am Erdäquator zu befestigen und am zweiten Ende, das sich weit außerhalb der Planetenatmosphäre befindet, ein Ausgleichsgewicht anzubringen. Wäre das „Seil“ lang genug, würde die Zentrifugalkraft die Schwerkraft übertreffen und verhindern, dass die Last auf die Erde fällt. Aus den Berechnungen von Artsutanov geht hervor, dass Anziehungskraft und Zentrifugalkraft in einer Höhe von etwa 42.000 Kilometern gleich sind. Die Resultierende dieser Kräfte gleich Null fixiert den „Stein“ zuverlässig im Zenit.

Jetzt fahren versiegelte Elektrolokomotiven senkrecht nach oben – in Richtung Orbit. Eine sanfte Erhöhung der Geschwindigkeit und sanftes Bremsen tragen dazu bei, Überlastungen zu vermeiden, die für einen Raketenstart charakteristisch sind. Nach mehreren Stunden Fahrt mit einer Geschwindigkeit von 10 – 20 Kilometern pro Sekunde folgt der erste Stopp – am Punkt der Tagundnachtgleiche, wo die in der Schwerelosigkeit ausgebreitete Umschlagstation die Türen von Bars, Restaurants, Lounges – und einem wunderbaren – öffnet Blick auf die Erde aus den Fenstern.

Nach dem Anhalten kann sich die Kabine nicht nur ohne Energieverschwendung bewegen, da sie durch die Zentrifugalkraft von der Erde weggeschleudert wird, sondern der in den Dynamomodus geschaltete Motor erzeugt darüber hinaus auch den für die Rückkehr notwendigen Strom .

Der zweite und letzte Stopp sollte in einer Entfernung von 60.000 Kilometern von der Erde stattfinden, wo die resultierenden Kräfte der Schwerkraft auf der Erdoberfläche entsprechen würden und die Erzeugung künstlicher Schwerkraft an der „Endstation“ ermöglichen würde “. Hier, am Rande der längsten Seilbahn, wird ein echter orbitaler Weltraumbahnhof entstehen. Wie erwartet wird er Raumschiffe quer durch das Sonnensystem starten, ihnen eine respektable Geschwindigkeit verleihen und ihnen eine Flugbahn zuweisen.

Yuri Artsutanov wollte sich nicht auf ein primitives Seil beschränken und hängte daran Solarkraftwerke, die Sonnenenergie in elektrischen Strom umwandeln, und Magnetspulen, die ein elektromagnetisches Feld erzeugen. Auf diesem Feld muss sich eine „elektrische Lokomotive“ bewegen.

Wenn wir das Gewicht einer solchen magnetischen Straßenoberfläche unter Berücksichtigung der Länge von 60.000 Kilometern abschätzen, dann stellt sich heraus, dass es Hunderte Millionen Tonnen sind? Viel mehr. Um dieses Gewicht in die Umlaufbahn zu befördern, sind mehr als tausend Raketen erforderlich! Damals schien es unmöglich.

Diesmal hatte der Wissenschaftler jedoch die richtige Idee: Der Aufzug muss nicht wie ein riesiger Zyklopenturm von unten nach oben gebaut werden – es reicht aus, einen künstlichen Satelliten in eine geostationäre Umlaufbahn zu bringen, von der aus der erste Faden entsteht abgesenkt werden. Im Querschnitt wird dieser Faden dünner sein als ein menschliches Haar, so dass sein Gewicht tausend Tonnen nicht überschreitet. Nachdem das freie Ende des Fadens an der Erdoberfläche befestigt ist, läuft eine „Spinne“ von oben nach unten entlang des Fadens – ein leichtes Gerät, das einen zweiten, parallelen Faden webt. Es wird funktionieren, bis das Seil dick genug ist, um die „elektrische Lokomotive“, das elektromagnetische Blech, Solarkraftwerke, Toiletten und Restaurants zu tragen.

Es ist durchaus verständlich, warum die Idee von Yuri Valerievich Artsutanov im Zeitalter der Weltraumrennen von niemandem bemerkt wurde. Zu dieser Zeit gab es kein Material, das einem so hohen Bruchdruck des Kabels standhalten konnte.

In der Weiterentwicklung von Artsutanovs Ideen schlug Georgy Polyakov aus Astrachan 1977 sein Projekt für einen Weltraumaufzug vor. pädagogisches Institut.

Grundsätzlich unterscheidet sich dieser Aufzug kaum von dem oben beschriebenen. Polyakov weist nur darauf hin: Ein echter Weltraumaufzug wird viel komplizierter sein als der von Artsutanov beschriebene. Tatsächlich wird es aus einer Reihe einfacher Aufzüge mit sukzessive abnehmender Länge bestehen. Jedes ist ein selbstbalanciertes System, aber nur wenn eines von ihnen die Erde erreicht, ist die Stabilität der gesamten Struktur gewährleistet.

Die Länge des Aufzugs (ungefähr das Vierfache des Erddurchmessers) wurde so gewählt, dass sich das Gerät, getrennt von seiner Spitze, durch Trägheit in den Weltraum bewegen konnte. Am höchsten Punkt wird es einen Startpunkt für interplanetare Raumfahrzeuge geben. Und Schiffe, die von einem Flug zurückkehren, nachdem sie zuvor in eine stationäre Umlaufbahn eingetreten sind, „heben“ sich im Basisbereich.

Aus gestalterischer Sicht besteht ein Weltraumaufzug aus zwei parallelen Rohren oder Schächten mit rechteckigem Querschnitt, deren Wandstärke nach einem bestimmten Gesetz variiert. Auf einer davon bewegen sich die Kabinen nach oben und auf der anderen nach unten. Natürlich hindert Sie nichts daran, mehrere dieser Paare zu bilden. Das Rohr ist möglicherweise nicht durchgehend, sondern besteht aus vielen parallelen Kabeln, deren Position durch eine Reihe rechteckiger Querrahmen festgelegt ist. Dies erleichtert die Installation und Reparatur des Aufzugs.

Aufzugskabinen sind einfache Plattformen, die von einzelnen Elektromotoren angetrieben werden. Daran werden Lasten oder Wohnmodule befestigt – schließlich kann eine Fahrt im Aufzug eine Woche oder sogar länger dauern.

Um Energie zu sparen, können Sie ein ähnliches System erstellen Seilbahn. Es besteht aus einer Reihe von Flaschenzügen, durch die geschlossene Seile mit daran aufgehängten Kabinen geworfen werden. Am Aufzugsträger sind die Riemenscheibenachsen montiert, an denen die Elektromotoren montiert sind. Hier gleicht sich das Gewicht der auf- und absteigenden Kabinen gegenseitig aus, so dass die Energie nur für die Überwindung der Reibung aufgewendet wird.

Für die verbindenden „Fäden“, aus denen der Aufzug selbst besteht, muss ein Material verwendet werden, dessen Verhältnis von Bruchspannung zu Dichte 50-mal größer ist als das von Stahl. Dabei kann es sich um verschiedene „Komposite“, Schaumstähle, Berylliumlegierungen oder Kristallwhisker handeln …

Georgy Polyakov begnügt sich jedoch nicht damit, die Eigenschaften des Weltraumaufzugs zu klären. Er weist darauf hin, dass die geosynchrone Umlaufbahn bis zum Ende des 20. Jahrhunderts dicht mit den meisten Raumfahrzeugen „übersät“ sein wird verschiedene Arten und Termine. Und da sie alle relativ zu unserem Planeten praktisch bewegungslos sein werden, erscheint es sehr verlockend, sie über Weltraumaufzüge und eine ringförmige Transportautobahn mit der Erde und untereinander zu verbinden.

Basierend auf dieser Überlegung stellt Poljakow die Idee einer kosmischen „Halskette“ der Erde vor. Die Halskette wird als eine Art Seilbahn (oder Schiene) zwischen Orbitalstationen dienen und diesen auch im geosynchronen Orbit für ein stabiles Gleichgewicht sorgen.

Da die Länge der „Halskette“ sehr groß ist (260.000 Kilometer), können viele Stationen darauf platziert werden. Wenn die Siedlungen beispielsweise 100 Kilometer voneinander entfernt sind, beträgt ihre Zahl 2600. Bei einer Bevölkerung von 10.000 an jeder Station werden 26 Millionen Menschen auf dem Ring leben. Wenn die Größe und Anzahl solcher „Astrostädte“ zunimmt, wird diese Zahl stark ansteigen.

Entwurf eines Weltraumaufzugs

Base

UM Die Basis eines Weltraumaufzugs ist die Stelle auf der Oberfläche des Planeten, an der das Kabel befestigt wird und das Heben der Last beginnt. Es kann mobil sein und auf einem Seeschiff platziert werden. Der Vorteil einer beweglichen Basis ist die Möglichkeit, Manöver durchzuführen, um Hurrikanen und Stürmen auszuweichen. Die Vorteile einer stationären Basis sind günstigere und besser zugängliche Energiequellen sowie die Möglichkeit, die Kabellänge zu reduzieren. Der Unterschied von einigen Kilometern Halteseil ist relativ gering, kann aber dazu beitragen, die erforderliche Dicke seines Mittelteils und die Länge des über die geostationäre Umlaufbahn hinausreichenden Teils zu verringern. Zusätzlich zur Basis kann eine Plattform auf Stratosphärenballons platziert werden, um das Gewicht des unteren Teils des Kabels zu reduzieren, mit der Möglichkeit, die Höhe zu ändern, um die turbulentesten Luftströme zu vermeiden und übermäßige Vibrationen über die gesamte Länge zu dämpfen des Kabels.

Kabel

Das Kabel muss aus einem Material mit einem extrem hohen Verhältnis von Zugfestigkeit zu spezifischem Gewicht bestehen. Der Weltraumaufzug wird sich wirtschaftlich rechtfertigen, wenn es möglich ist, im industriellen Maßstab zu einem vernünftigen Preis ein Kabel mit einer mit Graphit vergleichbaren Dichte und einer Festigkeit von etwa 65-120 Gigapascal herzustellen. Zum Vergleich: Die Festigkeit der meisten Stahlsorten beträgt etwa 1 GPa, und selbst die stärksten Sorten haben nicht mehr als 5 GPa und Stahl ist schwer. Das viel leichtere Kevlar hat eine Festigkeit im Bereich von 2,6–4,1 GPa und Quarzfaser hat eine Festigkeit von bis zu 20 GPa und mehr. Der Theorie zufolge sollten Kohlenstoffnanoröhren eine viel höhere Dehnbarkeit aufweisen, als sie für einen Weltraumaufzug erforderlich ist. Die Technologie, sie in industriellen Mengen herzustellen und zu Kabeln zu verweben, steht jedoch erst am Anfang der Entwicklung. Theoretisch sollte ihre Festigkeit mehr als 120 GPa betragen, aber in der Praxis betrug die höchste Dehnung einer einwandigen Nanoröhre 52 GPa, und im Durchschnitt brachen sie im Bereich von 30–50 GPa. Der stärkste aus Nanoröhren gewebte Faden ist schwächer als seine Bestandteile.

In einem Experiment von Wissenschaftlern der University of Southern California (USA) zeigten einwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine spezifische Festigkeit, die 117-mal höher als die von Stahl und 30-mal höher als die von Kevlar war. Es konnte ein Wert von 98,9 GPa erreicht werden, der Maximalwert der Nanoröhrenlänge betrug 195 μm. Nach Ansicht einiger Wissenschaftler werden selbst Kohlenstoffnanoröhren niemals stark genug sein, um ein Weltraumaufzugskabel herzustellen.

Experimente von Wissenschaftlern der University of Technology Sydney ermöglichten die Herstellung von Graphenpapier. Probentests machen Mut: Die Dichte des Materials ist fünf- bis sechsmal geringer als die von Stahl, während die Zugfestigkeit zehnmal höher ist als die von Kohlenstoffstahl. Gleichzeitig ist Graphen ein guter Leiter für elektrischen Strom, wodurch es als Kontaktbus zur Stromübertragung an einen Aufzug verwendet werden kann.

Im Juni 2013 meldeten Ingenieure der Columbia University in den USA einen neuen Durchbruch: dank neue Technologie Bei der Gewinnung von Graphen ist es möglich, Blätter mit einer diagonalen Größe von mehreren zehn Zentimetern und einer Festigkeit zu erhalten, die nur 10 % unter der theoretischen liegt.

Verdickung des Kabels

Der Weltraumaufzug muss mindestens sein Eigengewicht tragen, was aufgrund der Länge des Kabels erheblich ist. Eine Verdickung erhöht einerseits die Festigkeit des Kabels, andererseits erhöht es sein Gewicht und damit die erforderliche Festigkeit. Die Belastung variiert an verschiedenen Stellen: In manchen Fällen muss ein Abschnitt des Halteseils das Gewicht der darunter liegenden Segmente tragen, in anderen Fällen muss es der Zentrifugalkraft standhalten, die die oberen Teile des Halteseils in der Umlaufbahn hält. Um diese Bedingung zu erfüllen und an jedem Punkt ein optimales Kabel zu erreichen, wird seine Dicke variabel sein.

Es kann gezeigt werden, dass unter Berücksichtigung der Schwerkraft und der Zentrifugalkraft der Erde, ABER ohne Berücksichtigung des geringeren Einflusses von Mond und Sonne, der Querschnitt des Kabels in Abhängigkeit von der Höhe durch die folgende Formel beschrieben wird:

Wo ist die Querschnittsfläche des Kabels als Funktion des Abstands r vom Erdmittelpunkt?

Die Formel verwendet die folgenden Konstanten:

- Querschnittsfläche des Kabels auf der Erdoberfläche.

- Dichte des Kabelmaterials.

- Zugfestigkeit des Kabelmaterials.

- Die Kreisfrequenz der Erdrotation um ihre Achse beträgt 7,292·10−5 Radiant pro Sekunde.

- der Abstand zwischen dem Erdmittelpunkt und der Basis des Kabels. Er entspricht ungefähr dem Erdradius von 6.378 km.

- Freifallbeschleunigung am Fuß des Kabels, 9,780 m/s².

Diese Gleichung beschreibt einen Haltegurt, dessen Dicke zunächst exponentiell zunimmt, sich dann in einer Höhe von mehreren Erdradien verlangsamt und dann konstant wird und schließlich eine geostationäre Umlaufbahn erreicht. Danach beginnt die Dicke wieder abzunehmen.

Somit beträgt das Verhältnis der Querschnittsflächen des Kabels an der Basis und am GSO (r = 42.164 km):

P
Wenn wir hier die Dichte und Festigkeit von Stahl sowie den Durchmesser des Kabels auf Bodenhöhe von 1 cm berücksichtigen, erhalten wir auf GSO-Ebene einen Durchmesser von mehreren hundert Kilometern, was bedeutet, dass Stahl und andere uns bekannte Materialien für den Bau ungeeignet sind ein Aufzug.

Daraus folgt, dass es vier Möglichkeiten gibt, eine angemessenere Kabeldicke auf GSO-Ebene zu erreichen:

Verwenden Sie weniger dichtes Material. Da die Dichte der meisten Feststoffe im relativ kleinen Bereich von 1000 bis 5000 kg/m³ liegt, ist es unwahrscheinlich, dass hier etwas erreicht wird.

Verwenden Sie haltbareres Material. Die Forschung geht hauptsächlich in diese Richtung. Kohlenstoffnanoröhren sind zehnmal stärker als der beste Stahl und reduzieren die Dicke des Kabels auf GSO-Ebene erheblich. Die gleiche Berechnung wurde unter der Annahme durchgeführt, dass die Kabeldichte gleich der Kohlenstofffaserdichte ρ = 1,9 g/cm3 (1900 kg/m3) ist, mit einer Endfestigkeit σ = 90 GPA (90 109 Pa) und einem Kabeldurchmesser von Die Basis von 1 cm (0,01 m) ermöglicht einen Kabeldurchmesser bei GSO von nur 9 cm.

Heben Sie die Basis des Kabels höher an. Aufgrund der Exponentialfunktion in der Gleichung führt bereits eine geringfügige Anhebung der Basis zu einer erheblichen Verringerung der Kabeldicke. Es werden Türme mit einer Höhe von bis zu 100 km vorgeschlagen, die neben der Einsparung von Kabeln auch den Einfluss atmosphärischer Prozesse vermeiden.

Machen Sie die Basis des Kabels so dünn wie möglich. Es muss immer noch dick genug sein, um einen beladenen Aufzug zu tragen, daher hängt die Mindestdicke an der Basis auch von der Festigkeit des Materials ab. Ein Kabel aus Kohlenstoffnanoröhren muss an der Basis nur einen Millimeter dick sein.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Basis des Aufzugs beweglich zu machen. Selbst bei einer Geschwindigkeit von 100 m/s erhöht sich die Kreisgeschwindigkeit bereits um 20 % und die Kabellänge verringert sich um 20–25 %, wodurch das Kabel um 50 % oder mehr leichter wird. Wenn Sie das Kabel in einem Überschallflugzeug oder -zug „verankern“, wird der Gewinn an Kabelmasse nicht mehr in Prozent, sondern in Dutzenden gemessen (Verluste durch den Luftwiderstand werden jedoch nicht berücksichtigt). Es gibt auch die Idee, anstelle eines Kabels aus Nanoröhren die bedingten Kraftlinien des Erdmagnetfelds zu nutzen.

Gegengewicht

Ein Gegengewicht kann auf zwei Arten geschaffen werden – indem ein schweres Objekt (z. B. ein Asteroid, eine Weltraumsiedlung oder ein Weltraumdock) über die geostationäre Umlaufbahn hinaus gebunden wird, oder indem das Halteseil selbst um eine beträchtliche Distanz über die geostationäre Umlaufbahn hinaus verlängert wird. Die zweite Option ist interessant, weil es einfacher ist, Lasten vom Ende des verlängerten Kabels zu anderen Planeten zu befördern, da es relativ zur Erde eine erhebliche Geschwindigkeit aufweist.

Drehimpuls, Geschwindigkeit und Neigung

Die horizontale Geschwindigkeit jedes Abschnitts des Kabels nimmt mit der Höhe proportional zum Abstand zum Erdmittelpunkt zu und erreicht die erste kosmische Geschwindigkeit in der geostationären Umlaufbahn. Daher muss er beim Heben einer Last zusätzlichen Drehimpuls (horizontale Geschwindigkeit) gewinnen. Durch die Rotation der Erde entsteht ein Drehimpuls. Der Aufzug bewegt sich zunächst etwas langsamer als das Kabel (Coriolis-Effekt), wodurch das Kabel „verlangsamt“ und leicht nach Westen abgelenkt wird. Bei einer Aufstiegsgeschwindigkeit von 200 km/h neigt sich das Seil um 1 Grad. Die horizontale Spannungskomponente in einem nicht vertikalen Kabel zieht die Last zur Seite und beschleunigt sie in östliche Richtung – dadurch erhält der Aufzug zusätzliche Geschwindigkeit. Nach dem dritten Newtonschen Gesetz verlangsamt das Kabel die Erde um einen kleinen Betrag und das Gegengewicht um einen großen Betrag. Durch die Verlangsamung der Drehung des Gegengewichts beginnt das Kabel, sich um den Boden zu wickeln. Gleichzeitig wird das Kabel durch den Einfluss der Zentrifugalkraft dazu gezwungen, in eine energetisch günstige Vertikallage zurückzukehren, so dass es sich in einem stabilen Gleichgewichtszustand befindet. Wenn der Schwerpunkt des Aufzugs unabhängig von der Geschwindigkeit des Aufzugs immer über der geostationären Umlaufbahn liegt, wird er nicht abstürzen. Wenn die Nutzlast die geostationäre Umlaufbahn (GEO) erreicht, reicht ihr Drehimpuls aus, um die Nutzlast in die Umlaufbahn zu befördern. Wenn die Last nicht vom Kabel freigegeben wird, befindet sie sich beim vertikalen Stoppen auf der GSO-Ebene in einem instabilen Gleichgewichtszustand und verlässt bei einem verschwindend kleinen Abwärtsschub das GSO und beginnt, vertikal auf die Erde zu fallen Beschleunigung, während es in horizontaler Richtung langsamer wird. Der Verlust an kinetischer Energie aus der horizontalen Komponente während des Abstiegs wird über das Kabel auf den Drehimpuls der Erdrotation übertragen und beschleunigt so ihre Rotation. Beim Aufwärtsschieben verlässt die Last ebenfalls das GSO, jedoch in die entgegengesetzte Richtung, d. h. sie beginnt mit der Beschleunigung von der Erde entlang des Kabels zu steigen und erreicht am Ende des Kabels ihre Endgeschwindigkeit. Da die Endgeschwindigkeit von der Länge des Kabels abhängt, kann ihr Wert somit beliebig eingestellt werden. Es ist zu beachten, dass die Beschleunigung und Erhöhung der kinetischen Energie der Last beim Heben, also deren spiralförmiges Abwickeln, durch die Rotation der Erde erfolgt, die sich verlangsamt. Dieser Vorgang ist vollständig reversibel, das heißt, wenn Sie das Ende des Kabels belasten und beginnen, es abzusenken und es spiralförmig zusammenzudrücken, erhöht sich der Drehimpuls der Erdrotation entsprechend. Beim Absenken der Last erfolgt der umgekehrte Vorgang, das Seil wird nach Osten geneigt.

Starten Sie in den Weltraum

Am Ende des Kabels in einer Höhe von 144.000 km beträgt die tangentiale Komponente der Geschwindigkeit 10,93 km/s, was mehr als ausreicht, um das Schwerefeld der Erde zu verlassen und Schiffe zum Saturn zu starten. Wenn das Objekt frei entlang der Oberseite des Halteseils gleiten könnte, hätte es genug Geschwindigkeit, um dem Sonnensystem zu entkommen. Dies geschieht aufgrund des Übergangs des gesamten Drehimpulses des Kabels (und der Erde) in die Geschwindigkeit des gestarteten Objekts. Um noch höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, können Sie das Seil verlängern oder die Last mittels Elektromagnetismus beschleunigen.

Beschreibung moderner Projekte

Detailliertere Vorschläge entstanden Mitte bis Ende des 20. Jahrhunderts. Man hoffte, dass der Weltraumaufzug den Zugang zum erdnahen Weltraum, zum Mond, zum Mars und sogar darüber hinaus revolutionieren würde. Dieses Gebäude könnte ein für alle Mal das Problem zu lösen, das mit der Entsendung einer Person in den Weltraum verbunden ist. Der Aufzug würde vielen Raumfahrtagenturen beim Transport von Astronauten in die Umlaufbahn unseres Planeten sehr helfen. Seine Entstehung könnte das Ende weltraumverschmutzender Raketen bedeuten. Allerdings machten die Anfangsinvestition und das erforderliche Technologieniveau deutlich, dass ein solches Projekt undurchführbar war und es in den Bereich der Science-Fiction verbannte.

Ist es möglich, das Problem einer solchen Konstruktion zu lösen? dieser Moment? Befürworter von Weltraumaufzügen glauben, dass es derzeit genügend Möglichkeiten gibt, dieses technische Problem zu lösen. Sie glauben, dass Weltraumraketen sind veraltet, schädigen die Natur irreparabel und sind zu teuer moderne Gesellschaft.

Der Stolperstein liegt darin, wie man ein solches System aufbaut. „Zunächst muss es aus einem Material hergestellt werden, das noch nicht existiert, aber stark und flexibel ist und über die richtigen Massen- und Dichteeigenschaften verfügt, um den Transport zu unterstützen und unglaublichen äußeren Kräften standzuhalten“, sagt Fong. „Ich denke, all dies erfordert eine Reihe der ehrgeizigsten Orbitalmissionen und Weltraumspaziergänge in niedrigen und hohen Erdumlaufbahnen in der Geschichte unserer Spezies.“

Es gebe auch Sicherheitsbedenken, fügt er hinzu. „Selbst wenn wir die erheblichen technischen Schwierigkeiten lösen könnten, die mit dem Bau so etwas verbunden sind, Es entsteht ein beängstigendes Bild eines riesigen Käses mit Löchern, die von all dem Weltraumschrott und den Trümmern darauf entstanden sind.“

Wissenschaftler auf der ganzen Welt entwickeln die Idee eines Weltraumaufzugs. Die Japaner gaben Anfang 2012 bekannt, dass sie den Bau eines Weltraumaufzugs planen. Dasselbe berichteten die Amerikaner Ende 2012. Im Jahr 2013 erinnerten die Medien an die russischen Wurzeln des „Weltraumaufzugs“. Wann werden diese Ideen also Wirklichkeit?

Konzept der japanischen Obayashi Corporation

Das Unternehmen schlägt folgende Bauweise vor: Ein Ende eines sehr hochfesten Kabels wird von einer massiven Plattform im Ozean gehalten, das andere Ende wird an einer Orbitalstation befestigt. Entlang des Seils bewegt sich eine speziell entwickelte Kabine, die Fracht, Astronauten oder beispielsweise Weltraumtouristen befördern kann.

Als Material für das Kabel erwägt Obayashi Kohlenstoffnanoröhren, die zehnmal stärker sind als Stahl. Das Problem ist jedoch, dass die Länge solcher Nanoröhren derzeit auf etwa 3 cm begrenzt ist, während ein Weltraumaufzug ein Kabel mit einer Gesamtlänge von 96.000 km erfordern würde. Es wird erwartet, dass die bestehenden Schwierigkeiten etwa in den 2030er Jahren überwunden werden können und dann mit der praktischen Umsetzung des Weltraumaufzugskonzepts begonnen wird.

Obayashi erwägt bereits die Möglichkeit, spezielle Touristenkabinen für die Beförderung von bis zu 30 Passagieren zu bauen. Die Reise in den Orbit entlang eines Kabels aus Kohlenstoffnanoröhren wird übrigens sieben Tage dauern, sodass für die notwendigen Lebenserhaltungssysteme, Nahrungs- und Wasservorräte gesorgt werden muss.

Obayashi rechnet damit, den Weltraumaufzug erst im Jahr 2050 starten zu können.

Weltraumaufzug der LiftPort Group

Nicht nur die Erde wird zum Objekt, auf dem ein solcher Aufzug gebaut wird. Laut einer Expertengruppe des Unternehmens LiftPort Group könnte der Mond durchaus als solches Objekt fungieren.

Die Basis des Mond-Weltraumaufzugs ist ein Flachbandkabel aus hochfestem Material. Transportgondeln werden entlang dieses Kabels zur Mondoberfläche und zurück fahren und Menschen befördern. Verschiedene Materialien, Mechanismen und Roboter.

Das „Weltraum“-Ende des Kabels wird von der Raumstation PicoGravity Laboratory (PGL) gehalten, die sich am Lagrange-Punkt L1 des Mond-Erde-Systems befindet, dem Punkt, an dem sich die Schwerkraft von Mond und Erde gegenseitig aufhebt. Auf dem Mond wird das Ende des Kabels mit der Ankerstation verbunden, die sich in der Region Sinus Medi befindet (ungefähr in der Mitte des „Gesichts“ des Mondes, das auf die Erde blickt) und Teil der Lunar Space Elevator Infrastructure ist.

Die Spannung des Weltraumaufzugskabels wird durch ein Gegengewicht übernommen, das von einem dünneren Kabel mit einer Länge von 250.000 Kilometern gehalten wird und bereits der Erdanziehung ausgeliefert ist. Die Raumstation PicoGravity Laboratory wird eine modulare Struktur haben, die der Struktur der bestehenden Internationalen Raumstation ähnelt, was eine einfache Erweiterung und das Hinzufügen von Andockknoten ermöglicht, die das Andocken verschiedener Arten von Raumfahrzeugen an die Station ermöglichen.

Das Hauptziel dieses Projekts ist nicht der Bau des Weltraumaufzugs selbst. Dieser Aufzug wird lediglich ein Mittel sein, um automatische Fahrzeuge zum Mond zu befördern, die autonom verschiedene Mineralien abbauen, darunter Seltenerdmetalle und Helium-3, das ein vielversprechender Brennstoff für zukünftige Kernfusionsreaktoren und möglicherweise Treibstoff für ist Raumschiffe Zukunft.

"Leider, dieses Projekt Bisher ist dies aufgrund des Personalmangels für viele Schlüsseltechnologien praktisch unmöglich. Die meisten dieser Technologien werden jedoch schon seit einiger Zeit erforscht, und es wird definitiv eine Zeit kommen, in der der Bau eines Weltraumaufzugs von der Kategorie der Science-Fiction in den Bereich praktisch machbarer Dinge übergeht.“

Die Spezialisten der LiftPort Group versprechen, bis Ende 2019 einen funktionierenden, detaillierten Entwurf der Struktur zu erstellen.

„Allgemeines Planetenfahrzeug“

Betrachten wir ein Projekt namens General Planetary Vehicle (GVT). Es wurde vom Ingenieur Anatoly Yunitsky aus Gomel vorgebracht und begründet.

1982 wurde in der Zeitschrift „Technology for Youth“ ein Artikel veröffentlicht, in dem der Autor behauptet, dass die Menschheit bald ein grundlegend neues Fahrzeug benötigen wird, das den Transport auf der Route Erde-Weltraum-Erde ermöglichen kann.

Laut A. Yunitsky handelt es sich beim GPV um ein geschlossenes Rad mit einem Querdurchmesser von etwa 10 Metern, das auf einer speziellen Überführung entlang des Äquators ruht. Die Höhe der Überführung liegt je nach Gelände zwischen mehreren zehn und mehreren hundert Metern. Die Überführung wird auf schwimmenden Stützen im Meer platziert.

In einem abgedichteten Kanal entlang der Achse des GPV-Körpers befindet sich ein endloser Riemen, der magnetisch aufgehängt ist und eine Art Motorrotor darstellt. Darin wird ein Strom induziert, der mit dem Strom interagiert, der ihn erzeugt hat. Magnetfeld, und das Band, das keinen Widerstand erfährt (es befindet sich im Vakuum), beginnt sich zu bewegen. Genauer gesagt, in Rotation um die Erde. Beim Erreichen der ersten Fluchtgeschwindigkeit wird das Band schwerelos. Bei weiterer Beschleunigung wird seine Zentrifugalkraft durch die magnetische Aufhängung beginnen, eine immer größere vertikale Hubkraft auf den GPV-Körper auszuüben, bis er jeden laufenden Meter davon ausbalanciert (das Fahrzeug scheint schwerelos zu werden – warum nicht ein Anti-Schwerkraft-Schiff). ?).

Fracht und Passagiere werden in ein auf der Überführung gehaltenes Fahrzeug mit einem zuvor auf eine Geschwindigkeit von 16 km/s gedrehten Oberband mit einer Masse von 9 Tonnen pro Meter und einem genau gleichen, aber bewegungslosen Unterband platziert. Dies geschieht hauptsächlich innerhalb und teilweise außerhalb des GPV-Körpers, aber so, dass die Last insgesamt gleichmäßig verteilt wird. Nach der Befreiung von den Griffen, die das GPV auf der Überführung halten, beginnt sein Durchmesser unter dem Einfluss der Auftriebskraft langsam zu wachsen, und jeder Laufmeter davon wird über die Erde ragen. Da die Form des Kreises der Mindestenergie entspricht, nimmt das Fahrzeug, das zuvor das Profil der Überführung kopierte, nach dem Anheben die Form eines idealen Rings an.

Die Aufstiegsgeschwindigkeit des Fahrzeugs auf jedem Streckenabschnitt kann in einem weiten Bereich eingestellt werden: von Fußgängergeschwindigkeit bis hin zu Flugzeuggeschwindigkeit. Das Fahrzeug durchfährt den atmosphärischen Abschnitt mit Mindestgeschwindigkeiten.

Laut Anatoly Yunitsky wird das Gesamtgewicht des GPV 1,6 Millionen Tonnen betragen, die Tragfähigkeit 200 Millionen Tonnen und die Passagierkapazität 200 Millionen Menschen. Die geschätzte Anzahl der GPV-Weltraumspaziergänge über eine fünfzigjährige Lebensdauer beträgt 10.000 Flüge.

Abschluss

Es gibt viele Weltraumaufzugsprojekte, und alle unterscheiden sich kaum von dem, was Artsupanov vorgeschlagen hat, aber jetzt gehen Wissenschaftler davon aus, dass Nanoröhrenmaterialien verfügbar werden.

Der Weltraumaufzug wird die Raumfahrtindustrie revolutionieren, indem er Menschen und Fracht zu deutlich geringeren Kosten als herkömmliche Trägerraketen in die Umlaufbahn befördert.

Hoffen wir, dass in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts Weltraumaufzüge auch außerhalb der Erde zu funktionieren beginnen: auf dem Mond, dem Mars und anderen Orten Sonnensystem. Mit der Entwicklung der Technologie werden die Baukosten schrittweise sinken.

Auch wenn diese Zeit weit entfernt und unerreichbar erscheint, hängt es von uns ab, wie die Zukunft aussehen wird und wie schnell sie kommen wird.