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THEMA: Weltraumaufzug

Weltraumaufzug 11 Jul 2019 17:09 #53903

Habe gerade das neue Video von Harald Lesch geschaut

Dazu kamen mir spontan 3 Fragen:
1. Wenn die Station etwas höher hängt als geostationär, kann man dann nicht das 2. Seil sparen? Die Fliehkraft der Station hält das Seil dann straff ähnlich wie ein Drachen.
2. Das Seil im geostationären Bereich, also gerade das dicke Ende, hat dort ja kaum Gewicht. Und auch darunter reduziert sich die Gewichtskraft um die jeweilige Fliehkraft (und auch die Gravitation nimmt mit der Höhe noch etwas ab). Ist das bei der Berechnung berücksichtigt?
3. Wenn man mit einem viel dünneren Seil beginnt könnte man daran weitere dünne Seile hochziehen und einen Großteil der Raketen sparen. Dann reißt auch nicht gleich die Station ab wenn ein paar Stränge kaputtgehen (z.B. Meteoritentreffer).

Rechts auf dem Tisch ist ein Stirlingmotor. Da wäre ein Video zum Stand der Technik interessant. Für welche Anwendungen ist das eine Alternative zum Explosionsmotor?

Gruß,
Reinhard

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Weltraumaufzug 11 Jul 2019 17:49 #53904

1 wen die station höher wäre würde sie ja nicht mehr Stationär über einer bestimmten stelle der erdoberfläch bleiben
2 das wurde so oft durchgerechnet , keine fehler
3 wen ein dünneres seil reichen würde um etwas hochzuziehen bräuchte man ja kein dickeres

Stirlingmotoren werden meinen wissens bei thermischen parapolrinnen kraftwerken benutzt

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Weltraumaufzug 12 Jul 2019 23:12 #53936

Als Kind hatte ich mir vorgestellt, man würde eine Art Eiffelturm bauen - nur ca. 10 mal höher und darin eine senkrecht angelegte Zahnradbahn. Mit deren Hilfe wird eine Rakete nach oben gebracht und dabei auch noch extrem beschleunigt, so dass sie in 3 km Höhe eine große Geschwindigkeit hat. Dort zündet dann die 1. Stufe des Treibstofftanks. Damit wird nur ein wenig Treibstoff eingespart, aber immerhin etwas. Und die Atmosphäre wird etwas verschont. Zum Ausgleich für die Corioliskraft müsste man da etwas unternehmen, aber das fand ich machbar.
Die Idee mit dem Seil kam mir auch - aber nur in Verbindung mit einer Sci-Fi-Materie-Art, bei der Atomkerne Kilometer lang sein würden und so ein extrem stabiles Seil möglich machten, das relativ wenig wiegt. H. Lesch hat Recht: Dazu braucht man eine andere Welt, die es in der Phantaise geben mag.

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Weltraumaufzug 13 Jul 2019 08:52 #53940

1. Das Seil sorgt dafür dass die Station über derselben Stelle bleibt und wird dabei gespannt, wie eine Drachenschnur. Geostationär hätte die Station keine resultierende Kraft um das Seil zu tragen und man braucht zusätzlich noch sowas aufwändiges wie das Gegenseil. Die Bewohner spüren dadurch auch etwas Schwerkraft, gewöhnungsbedürftig allerdings dass die Erde dann oben ist.
2. Für ein 4cm Seil ohne Verjüngung mit Dichte 1,8 komme ich auf gut 81.000t, nicht 140.000t. - Habe jetzt mal bei Wikipedia Weltraumlift nachgeschaut, Graphen ist noch deutlich besser als Nanoröhren. Und
3. die Idee mit einem dünnen Seil zu beginnen und sukzessive zu verstärken steht dort auch.

Rein technisch sehe ich das optimistischer. Das größte, am wenigsten beherrschbare Risiko sehe ich in der Zerstörung durch Flugzeuge, Weltraumschrott, Meteoriten, Blitze, …

Habe auch bei Solarkraftwerken mit Stirlingmotor nachgeschaut, der Wirkungsgrad ist aber enttäuschend niedrig.

Gruß,
Reinhard

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Weltraumaufzug 13 Jul 2019 09:16 #53941

mit der station würde dass gleiche passieren wie mit dem drachen wen die luft weg wäre , abwärts .

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Weltraumaufzug 13 Jul 2019 14:39 #53946

Reinhard W schrieb: 1. Das Seil sorgt dafür dass die Station über derselben Stelle bleibt und wird dabei gespannt, wie eine Drachenschnur. Geostationär hätte die Station keine resultierende Kraft um das Seil zu tragen und man braucht zusätzlich noch sowas aufwändiges wie das Gegenseil. Die Bewohner spüren dadurch auch etwas Schwerkraft, gewöhnungsbedürftig allerdings dass die Erde dann oben ist.


Das Seil wird gespannt... Und In welche Richtung geht die Zugspannung und wie hoch sind die Kräfte?
Das Seil müsste fest in der Erde verankert sein und auf ganzer Länge enorme zusätzliche Kräfte aufnehmen können und zusätzlich zum Eigengewicht.

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Weltraumaufzug 13 Jul 2019 15:11 #53948

Nebenbei müsste das Seil ja auch noch ein Gewicht nach oben bringen können. Was der TÜV dazu sagt, dass alles nur an einem Seil hängt?
Als Kind habe ich mir auch mit dem Gestrafftem Seil vorgestellt, wobei das obere Teil kein Seil, sondern ein Rohr war, so dass Rohr und Weltraumstation eine Einheit bilden, deren Schwerpunkt geostationär ist. Als Kind habe ich mir aber auch vorgestellt, einen Schacht quer durch die Erde zu errichten, ihn vakuum-mäßig leer zu pumpen: Kapsel reinschieben, am anderen Ende herausziehen, ohne Energieaufwand einmal um die Erde. Dies schien mir gleichermaßen nur als Vorlage für einen Sci-Fi-Roman gut zu sein, mein Traum war, solche Romane mal zu schreiben.
Was ich mir nicht habe träumen lassen, dass Erwachsene ernsthaft darüber diskutieren. Aber Jungs werden wohl nie erwachsen... ;)

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Weltraumaufzug 13 Jul 2019 21:27 #53959

sinnvoller währe ein starterturm für raketen und auch umsetzbarer .

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Weltraumaufzug 13 Jul 2019 21:37 #53962

@ Martin O
Werner von Braun hat als Kind davon geträumt mit einer Rakete zum Mond zu fliegen. Orwell hat vor 1984 den Telescreen beschrieben, mit dem der Geheimdienst in jede Wohnung blicken kann. Ich glaube es war John A. Wheeler, der über die Rohrbahn durch die Erde geschrieben hat. Du befindest dich also in guter Gesellschaft. In diesem Sinne – träum weiter. Ich würde jedenfalls nicht sagen, das kann es nie geben, solange es physikalisch möglich ist.
Wheeler beschreibt ein Rohr, das in der Erde parabelförmig 2 Punkte der Erdoberfläche verbindet. Richtig dimensioniert gleitet die Kabine ohne Antrieb und ohne dass die Insassen Beschleunigung oder Abbremsung spüren in 82 min vom Start zum Ziel, egal wie weit die Punkte auseinander sind. Quer durch die Erde ist die Kühlung ein Problem, und die auftretende Corioliskraft. Aber fast ohne Energiezufuhr in 82 min von Hamburg nach München oder Berlin nach Paris, das wäre schon nicht schlecht. Und technisch nicht unmöglich.
Und den TÜV brauchen wir am Äquator nicht zu fragen.

@ Merilix
Die Kraft in einem Seil geht an jeder Stelle in Seilrichtung. Laut Wiki hat ein Graphenband selbst bei konstanter Dicke bis geostationär erst 87% seiner Festigkeit ausgenutzt. Wie viele Jahre sind seit der Erfindung von Kevlar vergangen? Konnten wir uns damals Graphen vorstellen? Welches Material werden wir haben, wenn noch mal so viel Zeit vergeht?
Gibt es eigentlich eine physikalische Obergrenze für Zugfestigkeit?

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Weltraumaufzug 13 Jul 2019 22:27 #53964

@ Reinhard W
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Ich kann halbwegs zwischen realistischen und unrealistischen Träumen unterscheiden, auch wenn Vorhersagen schwierig sind, die die Zukunft betreffen. Aber das mit dem Seil war eindeutig bei den unrealistischen Sachen. Dazu braucht man nur Ahnung von Newton haben und Lust haben, rumzurechnen. Die realistischste Umsetzung des Seils ist, wenn wir die Gravitonen nachweisen und sie sogar manipulieren können - aber dann bräuchten wir auch kein Seil. Übrigens: In den Märchen gibt es auch das Seil in den Himmel.

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Weltraumaufzug 14 Jul 2019 10:02 #53982

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Martin-O schrieb: Ich kann halbwegs zwischen realistischen und unrealistischen Träumen unterscheiden, auch wenn Vorhersagen schwierig sind, die die Zukunft betreffen. Aber das mit dem Seil war eindeutig bei den unrealistischen Sachen. Dazu braucht man nur Ahnung von Newton haben und Lust haben, rumzurechnen. Die realistischste Umsetzung des Seils ist, wenn wir die Gravitonen nachweisen und sie sogar manipulieren können - aber dann bräuchten wir auch kein Seil. Übrigens: In den Märchen gibt es auch das Seil in den Himmel.

Selbst wenn es kein Seil wäre, sondern ein rundes Gitternetzwerk aus Verbundmaterial (was am stabilsten und flexibelsten wäre -Amerikanische Schlachtschiffe hatten so ein Gitternetzwerk in den 20er bis 30er Jahren als Turmkonstruktion) und wenn die Masse der Station exakt austariert wäre (also leicht über dem geostationären Orbit, damit die Konstruktion immer leicht gespannt wäre) wäre das System nicht stabil, da es sowohl thermischen Dehnungen als auch aerodynamischen Druckkräften hilflos ausgeliefert wäre (Sonne, Regen, Sturm, Veränderungen in der Stabilität der Verankerung, Erdkrustenveränderung, Erdbeben,....). Und jeder Änderung in diesem Gleichgewicht wäre fatal.
Außer...
Man würde mit der Konstruktion von der Raumstation (im Geostationären Orbit) nach unten beginnen und die Konstruktion wäre dann nie fix mit dem Boden verbunden. Allerdings wäre dann die Distinktion durch die zusätzlich wirkenden Kräfte einige Kilometer am Erdboden...


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Weltraumaufzug 14 Jul 2019 11:31 #53987

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Welches Gewicht würde selbst ein High Tech Kabel aus Kohlenstoff auf die Länge von 36 000 km haben?
Von der Festigkeit ganz zu schweigen.
Die Raumstation müsste dann auch als flexibler Regelungsmechanismus arbeiten. Also sie müsste ständig mit Ausgleichsmanövern die Spannung des Seils regulieren. Ein Ausgleichsmechanismus müsste dann natürlich auch auf der Erdseite vorhanden sein. Beide müssten natürlich permanent kommunizieren.
Die Länge eines Seils, welches fast einmal um den Äquator geht, kann ich mir nicht vorstellen.

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Weltraumaufzug 30 Jul 2019 10:52 #54579

Zwei Probleme:
Das Seil auf eine Umlaufbahn zu bringen, ist äusserst schwierig, weil es sehr schwer ist. Dann muss man es herunerlassen. Wie denn? Es hat ja kein Gewicht. Man müsste es irgendwie herunterschiessen. Müsste man das Ende mit einer Rakete abbremsen? Würde es dann nicht in einer tieferen Umlaufbahn den Satelliten überholen wollen?
Zweitens. Jeder Satellit und jedes Trümmerstück, das sich auf einer niedrigeren Umlaufbahn befindet, und das sind die allermeisten, kreuzen den Aequator zwei Mal pro Umlauf. Das könnte sich auf die Lebensdauer des Aufzuges negativ auswirken.
Beste Grüsse
Heiri

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Weltraumaufzug 31 Jul 2019 12:20 #54603

Martin-O schrieb: Als Kind hatte ich mir vorgestellt, man würde eine Art Eiffelturm bauen

Den Gedanke finde ich gar nicht so schlecht. Wenn ich statt eines Seils eine Stange nutze, entfällt das Problem der Reisslänge beim Seil. Das Gewicht oder ein Teilgewicht ruht dann auf dem Boden und hängt nicht am Satelliten.

Aber es gibt sicher entsprechend zur Reislänge des Seils auch die "Quetschhöhe" einer Stange, ab der die Stange unter ihrem eigenen Gewicht zerdrückt wird.

Weiß jemand mit welcher "Quetschhöhe" man im optimalen Fall rechnen kann?

Man kann beide Effekte addieren und kommt zu einer möglichen Gesamthöhe aus Reisslänge plus "Quetschhöhe".

Ein Hauptproblem wären die Querkräfte auf eine Stange durch Winde. Denen könnte man durch kleine Düserntriebwerke an der Stange automatisch entgegenwirken.

Das wäre sehr futuristisch, aber der Effekt auf die Kosten einer Fahrt in den Weltraum wären enorm

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Weltraumaufzug 31 Jul 2019 17:49 #54614

Ab einer gewissen Masse würde die Konstruktion auch im Erdboden versinken.

Der Mount Everest beispielsweise hat nicht mehr das Potential, viel höher zu werden.

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Weltraumaufzug 31 Jul 2019 19:44 #54617

Ich hatte damals an einen wenige Kilometer hohen Turm gedacht. Der sollte mit einer Beschleunigung (5g?) die Rakete schon mal in Schwung bringen, bei 3 km nur 11 Sekunden, aber das würde enorm viel Treibstoff sparen und die Atmosphäre entlasten. bei noch höheren Türmen umso mehr. Aber das Problem des Eigengewicht Tragens setzt dem eine enge Grenze.

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Weltraumaufzug 31 Jul 2019 20:47 #54621

Zu Manfred S

Weiß jemand mit welcher "Quetschhöhe" man im optimalen Fall rechnen kann?

Also bevor eine Stange quetscht wird sie knicken. Die Knicklänge kann man nach Euler berechnen.
Sinnvoller ist sicher ein Gitterturm wie auf dem Bild von Wl01. Die höchsten Gebäude erreichen etwa 1km. Wenn ein Turm, vielleicht aus Kohlefaser-Verbundmaterial auf großer Standfläche optimistisch vielleicht 36km erreicht, ist gerade mal 1 Promille bis zum Satellit geschafft. Da dürfte ein 1 Promille längeres Seil die günstigere Lösung sein.

Zu Relham

Dann muss man es herunterlassen. Wie denn? Es hat ja kein Gewicht. Man müsste es irgendwie herunterschießen. Müsste man das Ende mit einer Rakete abbremsen? Würde es dann nicht in einer tieferen Umlaufbahn den Satelliten überholen wollen?

Man schubst das 1. Stück vom Seil nach unten. Es legt sich schräg nach vorn weil es auf der tieferen Umlaufbahn eine höhere Winkelgeschwindigkeit hat und dann greift die Schwerkraft und zieht es wieder nach unten. Vielleicht schwingt die ganze Sache weil reibungsfrei, das muss man in den Griff bekommen. Der Gesamtschwerpunkt müsste aber auf der geostationären Bahn bleiben solange kein Anrieb eingeschaltet wird. Dann kann man das Seil weiter herunter lassen. Stell ich mir so vor. Die kriegen das schon hin.
Das Hauptproblem sehe ich auch in den Trümmern, die da rumfliegen. Da endet dann auch mein Optimismus. Vielleicht wird der erste Weltraumaufzug auf dem Mond gebaut.

Also doch ein Turm als Katapult zum Raketen starten? Oder vielleicht horizontal beschleunigen und dann in einer großen Kurve nach oben umlenken?

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Weltraumaufzug 31 Jul 2019 21:20 #54622

Reinhard W schrieb: Man schubst das 1. Stück vom Seil nach unten. Es legt sich schräg nach vorn weil es auf der tieferen Umlaufbahn eine höhere Winkelgeschwindigkeit hat und dann greift die Schwerkraft und zieht es wieder nach unten.

Woher sollte es die höhere Winkelgeschwindigkeit haben? Man darf nicht vergessen, das Seil ist nicht im freien Fall um die Erde sondern zieht mit seinem Gewicht das es bekommt, weil es für eine niedrigere Umlaufbahn zu langsam ist, die ganze Station nach unten wenn die kein Gegengewicht hat.


PS:
Es ist eigentlich noch komplizierter.
Wenn ich dem Seil einen Schubs in Richtung Erde gebe erreiche ich nur das aus einer vieleicht Kreisbahn eine Ellipse wird mit einer Apoapse > der aktuellen Umlaufbahn und einer Periapse < als die aktuelle Umlaufbahn. Ich habe damit nichts gekonnt.
Was getan werden müsste wäre eine retrograde Beschleunigung (=Bremsen um einen halben Orbit später einen niedrigeren Orbit zu erreichen. Erst dabei würde das abgelassene Seil die Station überholen wollen wenn es nicht verbunden wäre... Durch die Verbindung würde das Seil jedoch auch die Station mit herunterziehen oder, wenn es da auf einer frei laufenden Spule wäre sich selbst um die Erde wickeln bevor es unten ankommt^^

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Weltraumaufzug 01 Aug 2019 13:56 #54653

wäre wohl klüger nur ein ende des seils nach oben zu befördern, dann erspar ich mir den ganzen stress ;)
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Weltraumaufzug 01 Aug 2019 14:02 #54654

Reinhard W schrieb: Zu Manfred S

Weiß jemand mit welcher "Quetschhöhe" man im optimalen Fall rechnen kann?

Also bevor eine Stange quetscht wird sie knicken. Die Knicklänge kann man nach Euler berechnen.
Sinnvoller ist sicher ein Gitterturm wie auf dem Bild von Wl01. Die höchsten Gebäude erreichen etwa 1km. Wenn ein Turm, vielleicht aus Kohlefaser-Verbundmaterial auf großer Standfläche optimistisch vielleicht 36km erreicht, ist gerade mal 1 Promille bis zum Satellit geschafft. Da dürfte ein 1 Promille längeres Seil die günstigere Lösung sein.

Na ja mit der Reisslänge ist man heute auch noch nicht viel weiter
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Weltraumaufzug 02 Aug 2019 19:28 #54736

Merilix schrieb: Woher sollte es die höhere Winkelgeschwindigkeit haben? Man darf nicht vergessen, das Seil ist nicht im freien Fall um die Erde sondern zieht mit seinem Gewicht das es bekommt, weil es für eine niedrigere Umlaufbahn zu langsam ist, die ganze Station nach unten wenn die kein Gegengewicht hat.


PS:
Es ist eigentlich noch komplizierter.
Wenn ich dem Seil einen Schubs in Richtung Erde gebe erreiche ich nur das aus einer vieleicht Kreisbahn eine Ellipse wird mit einer Apoapse > der aktuellen Umlaufbahn und einer Periapse < als die aktuelle Umlaufbahn. Ich habe damit nichts gekonnt.
Was getan werden müsste wäre eine retrograde Beschleunigung (=Bremsen um einen halben Orbit später einen niedrigeren Orbit zu erreichen. Erst dabei würde das abgelassene Seil die Station überholen wollen wenn es nicht verbunden wäre... Durch die Verbindung würde das Seil jedoch auch die Station mit herunterziehen oder, wenn es da auf einer frei laufenden Spule wäre sich selbst um die Erde wickeln bevor es unten ankommt^^


Richtig, die Mechanik der Satellitenbahnen ist gewöhnungsbedürftig. Wenn aber keine äußeren Kräfte wirken, das Seilende vom Satelliten aus geschubst wird, sollte der Schwerpunkt und damit die Bahn des Systems erhalten bleiben (Impulserhaltung). Der Satellit geht dann etwas nach oben. Wenn allerdings der Satellit am Anfang gebunden umläuft (1 Drehung in 24h) wird er nach ablassen des Seils langsamer drehen und schon dadurch vom Seil überholt. Aber solche Details kann man beherrschen.

Borgi64er: wäre wohl klüger nur ein ende des seils nach oben zu befördern, dann erspar ich mir den ganzen stress


Ja, wenn man das erste dünne Seil herabgelassen hat kann man daran weitere Seile zur Verstärkung hochziehen. Aber das erste? Mit einer Rakete senkrecht hoch und das Seil hinten abspulen?

Manfred S: Na ja mit der Reisslänge ist man heute auch noch nicht viel weiter


Doch, mit Graphen ist man eigentlich schon am Ziel, man muss nur den Teil der in der Atmosphäre ist vor Oxidation schützen, oder für die paar km ein anderes Material nehmen.
Graphen hat abwechselnd Einfachbindungen und Doppelbindungen, die gleich auf Zug belastet werden. Eine eindimensionale Kette aus Kohlenstoffatomen, die alle mit Doppelbindungen verbunden sind (...C=C=C=C=C...), könnte noch eine höhere Reißlänge haben. Oder was mit Ionenbindung. Gefunden habe ich:
C Einfachbindung 348 kJ/Mol
C Doppelbindung 614 kJ/Mol
Ionenbindung 600 - >2000 kJ/Mol
Da scheint also noch Luft nach oben zu sein.

Bindungsenergie ist Kraft x Weg. Eine hohe Bindungsenergie heißt also nicht dass automatisch die Kraft hoch ist. Zu den Kräften habe ich aber nichts gefunden.

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Weltraumaufzug 03 Aug 2019 15:16 #54774

Das mit dem Seil herunterlassen.
Angenommen, ich bin im Satelliten und schösse genau nach unten auf das Ziel. Die Kugel würde hunderte von km östlich vom Ankerpunkt einschlagen, da die die Horizontalgeschwindigkeit ja erhalten bliebe. 3 km/s gegenüber Aequator mit 0.4 km/s.

Man müsste also weit nach Westen zielen. Gibt es überhaupt eine Chance (keine Reibung in der Atmosphäre), das Ziel zu treffen?
Wenn man jetzt das Seil an eine kleine Rakete binden und nach West-unten schiessen würde, würde das Seil ja immer schwerer und würde den Satelliten nach unten und damit aus der geostationären Umlaufbahn ziehen. Dann liefe das Ganze aus dem Ruder.

Um das zu vermeiden, könnte man einen 2. Satelliten über dem 1. an einem Seil befestigen. Das gäbe eine Kraft nach oben und man könnte dem 2. gerade soviel Seil geben, dass die Seilkräfte ausgeglichen würden.
Ich glaube aber, dass auch das nicht funktionieren würde, weil der 2. Satellit eine höhere Umlaufbahn hat und nicht genau nach oben ziehen würde, sondern auch nach Westen, was den 1. mitziehen würde.

Damit das Ganze realisierbar wäre, dürften keine Kräfte auf den Satelliten einwirken. Jetzt haben wir aber am Aequator Tropenstürme, die das Seil in Schwingungen versetzen dürften. Ist es berechbar, wie sich solche auf ein 36000 km langes Seil auswirken?
Das Ganze scheint mir doch eher eine Utopie zu sein.

Beste Grüsse
Heiri

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Weltraumaufzug 03 Aug 2019 22:47 #54791

Es gibt einen Logischen Fehler . Es wird nicht berücksichtigt das man mit dem Material das man zur Herstellung des Weltraumaufzuges in den Orbit befördern muss auch eine Fertignusstation errichten kann , die alles was man mit begrenzten irdischen Ressourcen Produziert und mit dem Aufzug transportieren will mit unbegrenzten stellaren Ressourcen herstellen kann .

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