Space Elevator

ich hab das immer für ein sci-fi hirngespinst gehalten... was schätzt du sind die realistischen chancen, dass es eine solche konstruktion in 200 Jahren existiert?

gruss, s

Meiner Meinung nach führt kein Weg an diesem Konzept vorbei. Die NASA hat sich als Ziel gesetzt 2050 einen Space Elevator gebaut zu haben.

Ich denke dieses Ziel ist realistisch und vllt sogar etwas zu pessimistisch.

Sobald ein Material gefunden ist, au sdem das Seil/Band bestehen könnte ist die größte Herausforderung schon geschafft. Die Nanokohlenstoffröhrchen sind ein guter Anfang und ich denke allzu lange wird es nicht dauern, bis ein Werkstoff gefunden ist.

Die prinzipielle Umsetzbarkeit ist ja relativ simpel.

Sind auf der Seite auch ein paar physikalische Rechnungen? Zum Beispiel, wie sehr sich so ein Seil durchbiegt wenn Wind mit einer Geschwindigkeit von sagen wir 100kmh weht. Oder wie der Einfluss vom Mond sich auswirkt (der verformt ja sicher die Erde ein bisschen und damit ändert sich der Abstand von der Bodenstation zum Gegengewicht im Weltraum).

Berechnungen zu dieser Thematik haben wir keine angestellt. Aber ich kann mir nicht wirklich vorstellen, dass das Seil durchgebogen wird. Die Entfernung ist ja so ausgewählt, dass sich Gravitations- und Fliehkräfte aufheben. Bei solch "großen" Kräften hat Wind glaube ich keinen so großen Einfluss. Es sei denn die Fläche des Bandes wäre sehr überdimensioniert.

Was ich aber mit Sicherheit weiß ist, dass der gravitative Einfluss des Mondes die harte Oberfläche der Erde nicht beeinflusst. Ebbe und Flut klar, aber nicht die Struktur des Bodens.
Doch selbst wenn sollte dies kein großes Problem darstellen, da man im Orbit eh mit Düsen arbeiten muss die die Station immer in exakter Postition halten.

Original von AquArii420
Was ich aber mit Sicherheit weiß ist, dass der gravitative Einfluss des Mondes die harte Oberfläche der Erde nicht beeinflusst. Ebbe und Flut klar, aber nicht die Struktur des Bodens.

http://en.wikipedia.org/wiki/Earth_tide
Gut sind nur einige cm bzw. dm und is wohl gegenüber den anderen Effekten (Coriolis-Kraft während der Fahrt, schwankender Orbit, usw.) zu vernachlässigen. Mit Sicherheit nicht ist aber was andres.

Original von AquArii420
Meiner Meinung nach führt kein Weg an diesem Konzept vorbei. Die NASA hat sich als Ziel gesetzt 2050 einen Space Elevator gebaut zu haben.

Ich denke dieses Ziel ist realistisch und vllt sogar etwas zu pessimistisch.

Sobald ein Material gefunden ist, au sdem das Seil/Band bestehen könnte ist die größte Herausforderung schon geschafft. Die Nanokohlenstoffröhrchen sind ein guter Anfang und ich denke allzu lange wird es nicht dauern, bis ein Werkstoff gefunden ist.

Die prinzipielle Umsetzbarkeit ist ja relativ simpel.

in berlin bekommen sies nicht hin einen flughafen nach 15 jahren fertigzustellen und du meinst einen min. 36000 Kilometer langen aufzug zu bauen sei "relativ simpel"?
ein material das den anforderungen gerecht wird, wird es so schnell nicht geben.
das ganz ist halt rein scifi wundert mich, dass eure profs euch noch nicht aufgeklärt haben.

Sehr interessantes Thema.

Ich habe mal überschlagsweise für ein uniformes Seil(konstanter Querschnitt und Dichte) die Zugkraft im obersten Punkt berechnet.

Dabei integriere ich Gravitationskraft und Zentripetalkraft über die Seillänge(von der Erdoberfläche(6400km Radius) bis zur Geostationären Umlaufbahn(35800km über der Oberfläche). Das Seil muss sich am Äquator(T=24h) befinden.

Ergebnis ist eine Zugkraft/m² im Seil von (Dichte * 4,8*10^7 m²/s²). Mit der Dichte von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren(CNT, 1300kg/m³) komme ich auf eine Zugkraft/m² im Seil von 6,3*10^10 N/m², was zufälligerweise ziemlich genau der maximalen Zugfestigkeit dieser einwandigen CNT(63GPa) entspricht.

Mit einem Strang riesiger CNT könnte es mit dieser Vereinfachung theoretisch funktionieren. Praktisch halte ich es für ausgeschlossen.

Auch verbesserte Formgebung, wie Verdickung des Seils nach oben hin, würde wohl nciht zum Ziel führen, da CNT eher schlecht verdickt werden können. Diese andere Form würde nur für "normale" Materialien eine Verbesserung bewirken.

Rechnung(in Notation von Mathematica):
F_zug/A=Integrate[(G*Dichte*M_erd/h^2)-(Dichte*h*(2*Pi/T)^2),{h,r_geo, r_erd}]

A: Querschnittsfläche
G: Gravitationskonstante(6,674*10^-11 m³/(kg s²)
M_erd: Erdmasse(5,97*10^24kg)
T: Umlaufdauer, 24*3600s
h: Höhe, Integrationsvariable
r_geo, r_erd: Integrationsgrenzen

Korrigiert mich bitte, wenn ich mich verrechnet haben sollte.

@Paty17
Oh habe ich wohl mal etwas falsch aufgeschnappt.
Aber diese Effekte sind vernachlässigbar klein gegenüber den Korrekturen, die eh durchgeführt werden müssen.

@Dogfrog
Mit dem BBI ist doch ein ganz anderes Beispiel, was ganz andere Umstände hat.

Es kann schon sein, dass ich sehr optimistisch bin. Immerhin haben wir auch nur Climber die an einem Band hochfahren und in Japan wollten sie 1km Höhe schon erreicht haben. Sind aber noch gescheitert. Beim letztjährigen Contest gab es einen Vortrag von Prof. Aoki der seinen (ebenfalls) sehr optimistischen Plan von einer Höhenverdopplung jedes Jahr vorgestellt hat.

Mit "relativ simpel" meinte ich jedoch, dass das Prinzip sehr einfach ist. Angenommen man hat ein Material, dass die Beanspruchungen aushält, die sehr vielfältig sind. Dann wäre es doch nach heutigem Stand der Technik nicht allzu schwer einen "Satelliten" im GEO zu stationieren.
Wie genau man das Seil von unten nach oben bzw. anders herum an Ort und Stelle bringt weiß ich auch nicht. Ich kann mir aber nicht vorstellen, dass dies ein großes Problem wäre.
Wenn das Seil erstmal installiert ist benötigt man nur eine Apparatur, die man daran befestigen kann.
Man bedenke wie groß der Vorsprung der Russen in puncto Raumfahrt Ende der 50er war. Dann hat Kennedy gesagt wir müssen vor den Russen auf dem Mond sein und innerhalb eines Jahrzehnts (!!) waren sie dort.
Wo ein Wille, da ein Weg

@lemslin
Soweit ich weiß gelten die Kohlenstoffnanoröhren auch noch nicht als Lösung des Problems. Auch dazu hatten wir letztes Jahr einen Vortrag von eine Forschungsgruppe aus Cambridge. Aber dennoch wurden damit Festigkeiten erreicht die vor wenigen Jahren noch utopisch erschienen und auch da hört man nicht auf zu forschen.

Könntest du dir denn vorstellen dass in 15 Jahren ein Werkstoff gefunden ist der in Frage kommen würde?

Das müsste dann ja ein völlig neues Material sein, das makrokopisch eine Zugfestigkeit in der Größenordnung erreicht, die CNTs im mikroskopischen Bereich besitzen.

Ehrlich gesagt bezweifle ich, dass das jemals möglich ist.

Edit:
Innerhalb der Atmosphäre könnte man vielleicht noch mit riesigen, mit Helium gefüllten Stützballons nachhelfen. Aber das entlastet das Seil ja nur um vielleicht 30km.

edit: hier stand schwachsinn.

Original von lemslin
Das müsste dann ja ein völlig neues Material sein, das makrokopisch eine Zugfestigkeit in der Größenordnung erreicht, die CNTs im mikroskopischen Bereich besitzen.

Ehrlich gesagt bezweifle ich, dass das jemals möglich ist.

Edit:
Innerhalb der Atmosphäre könnte man vielleicht noch mit riesigen, mit Helium gefüllten Stützballons nachhelfen. Aber das entlastet das Seil ja nur um vielleicht 30km.

Warum so pessimistisch?
Die Geschichte hat uns doch schon oft gelehrt, dass mehr Dinge möglich sind als man denkt.

Es hat halt alles seine Grenzen...

In diesem Fall ist sicherlich die Zugfestigkeit chemischer Bindungen die alleräußerste Grenze. Und das gilt auch nur für ideale Strukturen wie CNTs oder evtl. auch Kristalle.

Ich hab mal ein wenig überschlagen, mit der lt. Wiki. stärksten ionischen Bindung(MgO, 40eV). Die Gitterkonstante ist ~400pm und ich habe angenommen, dass wenn man die Atome 100pm auseinanderzieht, der Kristall bricht. D.h. 40eV Arbeit in 100pm entspricht einer Kraft pro ionischer Bindung von ca. 6,4*10^-8N
(überschlagsweise, ich habe gerade nicht die Muße, die genauen Potentiale zu benutzen). Pro 400pm x 400pm "Grundfläche" gibt es 2 vertikale ionische Bindungen(angenommen die Kristallebenen sind parallel zum Boden).

Dann haben wir 12,8*10^-8N/(400pm)²=8*10^11N/m². Das ist eine Größenordnung mehr als die Zugfestigkeit der CNTs. Eine halbe Größenordnung wird jedoch wieder durch die hohe Dichte von MgO(3,6g/cm³) i.Vgl. zu CNTs wieder zunichte gemacht.

Bzgl. Zugfestigkeit ist also nicht viel Luft nach oben, evtl. also Faktor 3 bis 4, aber dafür muss das Material perfekt sein und darf nicht korrodieren. Über 36000km halte ich das für unmöglich.

Rechenfehler oder falsche Annahmen bitte korrigieren.

Original von lemslin

Rechenfehler oder falsche Annahmen bitte korrigieren.

Graphen ist das erste Material, das theoretisch wirklich dafür benutzbar wäre...

Von der praktischen Umsetzung reden wir da aber noch lange nicht.

Original von StefanNRW

Original von lemslin

Rechenfehler oder falsche Annahmen bitte korrigieren.

Graphen ist das erste Material, das theoretisch wirklich dafür benutzbar wäre...

Von der praktischen Umsetzung reden wir da aber noch lange nicht.

Die Zugfestigkeit von Graphen(1,25 * 10^11N/m²) ist halt auch nur um den Faktor 2 größer i.Vgl. zu CNTs, ist ja prinzipiell fast dasselbe Material.

Ich sehe gerade, dass ich in der ersten Rechnung die Dichte für einwandige CNTs und die Zugfestigkeit für mehrwandige benutzt habe, es würde also nicht mal theoretisch mit CNTs klappen.

Bei Wiki steht zu Graphen, dass bei einer Höhe von 36000km ca. 87% der maximalen Kraft anliegen würden. Also wäre es mit Graphen theoretisch knapp möglich, aber praktisch wohl eher nicht.

Original von lemslin
Die Zugfestigkeit von Graphen(1,25 * 10^11N/m²) ist halt auch nur um den Faktor 2 größer i.Vgl. zu CNTs, ist ja prinzipiell fast dasselbe Material.

Aber das ist diese enorme Zugfestigkeit bei sehr (!) viel kleinerer Masse!

Bei Wiki steht zu Graphen, dass bei einer Höhe von 36000km ca. 87% der maximalen Kraft anliegen würden. Also wäre es mit Graphen theoretisch knapp möglich, aber praktisch wohl eher nicht.

Das stimmt. Und es ist auch zu bezweifeln, dass man so schnell ein Material findet, das eine bessere Zugkraft/Masse als Graphen besitzt.

http://de.wikipedia.org/wiki/Weltraumlift

erklärt einiges, wenn auch simplifiziert

auf jeden Fall ein interessantes Thema, worauf man als Laie noch am ehesten beim Lesen von Schätzings "Limit" trifft

Original von StefanNRW

Original von lemslin
Die Zugfestigkeit von Graphen(1,25 * 10^11N/m²) ist halt auch nur um den Faktor 2 größer i.Vgl. zu CNTs, ist ja prinzipiell fast dasselbe Material.

Aber das ist diese enorme Zugfestigkeit bei sehr (!) viel kleinerer Masse!

Bei Wiki steht zu Graphen, dass bei einer Höhe von 36000km ca. 87% der maximalen Kraft anliegen würden. Also wäre es mit Graphen theoretisch knapp möglich, aber praktisch wohl eher nicht.

Das stimmt. Und es ist auch zu bezweifeln, dass man so schnell ein Material findet, das eine bessere Zugkraft/Masse als Graphen besitzt.

Ne, die Masse(pro Querschnitt) unterscheidet sich nicht großartig von CNTs.

Ist aber nicht so wichtig, die 87% reichen für uns ja;)

Original von lemslin
Ne, die Masse(pro Querschnitt) unterscheidet sich nicht großartig von CNTs.

die kann sich ja auch nur wenig unterscheiden Nur existiert Graphen eben zweidimensional und bietet nur mit diesem Querschnitt diese Zugfestigkeit, während die CNTs nunmal nur als ganzes die Zugfestigkeit bieten.

Ist aber nicht so wichtig, die 87% reichen für uns ja;)

Und sie sind (da sind wir ja einer Meinung ) Beweis genug, dass das in der Realität wohl nicht gehen wird...

Das mit dem Material ist schon eine verzwickte Sache.
Stimmt ihr mit mir denn überein, dass wenn man ein Material gefunden hat, der Space Elevator "schnell" Realität sein wird? Oder seht ihr noch andere große Stolpersteine in der Entwicklung?

p.s. Es hat zwar alles eine Grenze aber vllt kann man Verfahren entwickeln diese natürlichen Grenzen auszudehnen.