Ein Weltraumaufzug ist ein vorgeschlagenes Transportsystem, das die Erdoberfläche mit dem Weltraum verbindet. Der Aufzug würde es Fahrzeugen ermöglichen, ohne den Einsatz von Raketen in den Orbit oder in den Weltraum zu gelangen. Während Aufzugsreisen nicht schneller wären als Raketenreisen, wären sie viel billiger und könnten kontinuierlich zum Transport von Fracht und möglicherweise Passagieren verwendet werden.
Konstantin Tsiolkovsky beschrieb erstmals 1895 einen Weltraumaufzug. Tsiolkovksy schlug vor, einen Turm von der Oberfläche bis zur geostationären Umlaufbahn zu bauen, was im Wesentlichen ein unglaublich hohes Gebäude ermähnt. Das Problem mit seiner Idee war, dass die Struktur durch das ganze Gewicht darüber zerquetscht werden würde. Moderne Konzepte von Raumaufzügen basieren auf einem anderen Prinzip - Spannung. Der Aufzug würde mit einem Kabel gebaut, das an einem Ende an der Erdoberfläche befestigt ist, und einem massiven Gegengewicht am anderen Ende, oberhalb der geostationären Umlaufbahn (35.786 km). Die Schwerkraft würde das Kabel nach unten ziehen, während die Zentrifugalkraft des umkreisenden Gegengewichts nach oben ziehen würde. Die entgegengesetzten Kräfte würden die Belastung des Aufzugs reduzieren, verglichen mit dem Bau eines Turms in den Weltraum.
Während ein normaler Aufzug bewegliche Kabel verwendet, um eine Plattform auf und ab zu ziehen, würde der Weltraumaufzug auf Geräte angewiesen sein, die als Raupen, Kletterer oder Lifter bezeichnet werden und entlang eines stationären Kabels oder Bandes fahren. Mit anderen Worten, der Aufzug würde sich auf dem Kabel bewegen. Mehrere Kletterer müssten in beide Richtungen fahren, um Vibrationen der Corioliskraft auszugleichen, die auf ihre Bewegung einwirkt.
Teile eines Weltraumaufzugs
Der Aufbau für den Aufzug wäre in etwa so: Eine massive Station, ein eingefangener Asteroid oder eine Gruppe von Kletterern würde höher als die geostationäre Umlaufbahn positioniert. Da die Spannung am Kabel an der Orbitalposition am maximum wäre, wäre das Kabel dort am dicksten und würde sich zur Erdoberfläche hin verjüngen. Höchstwahrscheinlich würde das Kabel entweder aus dem Weltraum eingesetzt oder in mehreren Abschnitten gebaut werden, die sich zur Erde bewegen. Kletterer bewegten sich auf Rollen, die durch Reibung an Ort und Stelle gehalten wurden, das Kabel auf und ab. Strom könnte durch bestehende Technologien wie drahtlose Energieübertragung, Solarenergie und / oder gespeicherte Kernenergie bereitgestellt werden. Der Verbindungspunkt an der Oberfläche könnte eine mobile Plattform im Meer sein, die Sicherheit für den Aufzug und Flexibilität zum Ausweichen von Hindernissen bietet.
Reisen mit einem Weltraumaufzug wäre nicht schnell! Die Reisezeit von einem Ende zum anderen würde mehrere Tage bis zu einem Monat dauern. Um die Entfernung in die richtige Perspektive zu rücken: Wenn sich der Kletterer mit 300 km / h (190 mph) bewegt, würde es fünf Tage dauern, um eine geosynchrone Umlaufbahn zu erreichen. Da Kletterer gemeinsam mit anderen am Kabel arbeiten müssen, um es stabil zu machen, wäre es wahrscheinlich viel langsamer.
Herausforderungen, die es noch zu bewältigen gilt
Das größte Hindernis für den Bau von Weltraumaufzügen ist das Fehlen eines Materials mit ausreichender Zugfestigkeit und Elastizität und geringer Dichte, um das Kabel oder Band zu bauen. Bisher wären die stärksten Materialien für das Kabel Diamant-Nanothreads (erstmals synthetisiert 2014) oder Kohlenstoff-Nanotubuli. Diese Materialien müssen noch auf ausreichende Länge oder Zugfestigkeit zu Dichte synthetisiert werden. Die kovalenten chemischen Bindungen, die Kohlenstoffatome in Kohlenstoff- oder Diamantnanoröhren verbinden, können nur so viel Stress aushalten, bevor sie entpackt oder auseinandergerissen werden. Wissenschaftler berechnen die Belastung, die die Bindungen tragen können, und bestätigen, dass es zwar möglich sein könnte, eines Tages ein Band zu konstruieren, das lang genug ist, um sich von der Erde in die geostationäre Umlaufbahn zu erstrecken, aber nicht in der Lage wäre, zusätzlichen Stress durch die Umwelt, Vibrationen und Kletterer aufrechtzuerhalten.
Vibrationen und Wackeln sind ernste Überlegungen. Das Kabel wäre anfällig für Druck durch den Sonnenwind, Oberschwingungen (dh wie eine wirklich lange Geigensaite), Blitzeinschläge und Wackeln durch die Corioliskraft. Eine Lösung wäre, die Bewegung von Crawlern zu kontrollieren, um einige der Effekte zu kompensieren.
Ein weiteres Problem ist, dass der Raum zwischen der geostationären Umlaufbahn und der Erdoberfläche mit Weltraumschrott und Trümmern übersät ist. Zu den Lösungen gehören die Reinigung des erdnahen Weltraums oder die Möglichkeit, Hindernissen auszuweichen.
Andere Probleme sind Korrosion, Mikrometeoriteneinschläge und die Auswirkungen der Van-Allen-Strahlungsgürtel (ein Problem für Materialien und Organismen).
Das Ausmaß der Herausforderungen in Verbindung mit der Entwicklung von wiederverwendbaren Raketen, wie sie von SpaceX entwickelt wurden, haben das Interesse an Weltraumaufzügen verringert, aber das bedeutet nicht, dass die Aufzugsidee tot ist.
Weltraumaufzüge sind nicht nur für die Erde
Ein geeignetes Material für einen erdbasierten Weltraumaufzug muss noch entwickelt werden, aber die vorhandenen Materialien sind stark genug, um einen Weltraumaufzug auf dem Mond, anderen Monden, dem Mars oder Asteroiden zu unterstützen. Der Mars hat etwa ein Drittel der Schwerkraft der Erde, dreht sich jedoch mit etwa der gleichen Geschwindigkeit, so dass ein Mars-Weltraumaufzug viel kürzer wäre als einer, der auf der Erde gebaut wurde. Ein Aufzug auf dem Mars müsste die niedrige Umlaufbahn des Mondes Phobos adressieren, der regelmäßig den Marsäquator schneidet. Die Komplikation für einen Mondaufzug besteht hingegen darin, dass sich der Mond nicht schnell genug dreht, um einen stationären Bahnpunkt zu bieten. Stattdessen könnten jedoch die Lagrange-Punkte verwendet werden. Obwohl ein Mondaufzug auf der nahen Seite des Mondes 50.000 km lang und auf seiner anderen Seite noch länger wäre, macht die geringere Schwerkraft den Bau möglich. Ein Marsaufzug könnte den kontinuierlichen Transport außerhalb der Schwerkraft des Planeten ermöglichen, während ein Mondaufzug verwendet werden könnte, um Materialien vom Mond zu einem Ort zu senden, der von der Erde leicht erreicht wird.
Wann wird ein Weltraumaufzug gebaut?
Zahlreiche Unternehmen haben Pläne für Weltraumaufzüge vorgeschlagen. Machbarkeitsstudien deuten darauf hin, dass ein Aufzug erst gebaut wird, wenn (a) ein Material entdeckt wird, das die Spannung für einen Erdaufzug unterstützen kann, oder (b) ein Aufzug auf dem Mond oder Mars benötigt wird. Während es wahrscheinlich ist, dass die Bedingungen im 21. Jahrhundert erfüllt werden, könnte das Hinzufügen einer Weltraumaufzugfahrt zu Ihrer Bucket-Liste verfrüht sein.
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. "Wie ein Weltraumaufzug funktionieren würde." ThoughtCo, 16. Februar 2021 thoughtco.com/how-a-space-elevator-would-work-4147230.
