Weltraumlift – Zukunft im All

 

 

Weltraumlift – Zukunft im Weltraum

 

Ein Weltraumlift, engl. Space Elevator genannt, ist eine theoretisch mögliche, jedoch mit heute verfügbarer Technik nicht realisierbare Aufzugsanlage von einer Planetenoberfläche in den Weltraum. Eine Gondel könnte beispielsweise vom Erdboden bis zu einer geostationären Raumstation fahren. Umlaufbahnen in niedrigeren Bahnen sind theoretisch nur sehr schwer möglich, da mit niedrigeren Umlaufbahnen ohne weitere Aufwände keine geostationäre Vorrichtung erbaut werden kann.

Als Teil elementarer Infrastruktur kann die Errichtung eines Weltraumlifts ein wichtiger Schritt zur Weltraumbesiedlung durch den Menschen sein.

Weltraumlift – Idee & Geschichte

 

Die Idee des Weltraumlifts tauchte erstmals 1895 auf, als der russische Weltraumpionier Konstantin Ziolkowski inspiriert durch den Eiffelturm vorschlug, einen Weltraumturm zu errichten – also einen Turm, der direkt in den Weltraum reicht. Er stellte sich vor, am Ende eines Seils eine Art Aufhängung des Aufzugs direkt in den geostationären Orbit zu bringen.

Ein Turm oder Aufzug dieser Art wäre in der Lage, ohne Raketentechnik Objekte in den Orbit zu befördern. Da ein Objekt beim Aufstieg gleichzeitig an tangentialer Geschwindigkeit gewinnen muss, hätte es beim Erreichen des Ziels gleichzeitig die nötige Energie und Geschwindigkeit, um im geostationären Orbit zu verbleiben.

Ein Gebäude dieser Art zu errichten war unmöglich, da kein Material mit der nötigen Druckfestigkeit bekannt war. 1957 schlug dann der sowjetische Wissenschaftler Juri Arzutanow eine alternative Variante dieser Idee vor. Ein Satellit solle in eine geostationäre Umlaufbahn gebracht werden und als Aufhängung des Aufzugs dienen. Von dort könnte man dann ein Seil zur Erdoberfläche herunterlassen. Der Schwerpunkt der Konstruktion müsste oberhalb des geostationären Orbit liegen, so dass bei einer Winkelgeschwindigkeit, die der Erdrotation entspricht, die Fliehkraft die Erdanziehungskraft ausgleicht. Ein Seil von 35.786 km Länge ist jedoch schwierig zu realisieren.

1966 untersuchten vier amerikanische Ingenieure, welches Material für die Schaffung eines solchen Seils erforderlich wäre. Sie kamen zu dem Schluss, dass neue Materialien benötigt würden, die mindestens doppelt so zugstark sein müssten wie alle damals bekannten Materialien. 1975 schlug der US-Amerikaner Jerome Pearson vor, eine kegelförmige Konstruktion zu benutzen. Das Seil müsste auf der Höhe des geostationären Orbits am dicksten sein, da es dort die größte Spannung auszuhalten hat. Der Bau des Lifts würde am Schwerpunkt beginnen. Von dort aus würde in beide Richtungen gearbeitet. Das Seil könnte als Gegengewicht in den Weltraum hinaus verlängert werden, während man auf der erdnahen Hälfte einen Turm errichten würde.

Weltraumlift – Aktueller Stand 

 

In jüngster Zeit werden verstärkt Anstrengungen unternommen, diesen Plan eines Tages in die Wirklichkeit umzusetzen. David Smitherman von der US-Weltraumbehörde NASA veröffentlichte so zum Beispiel im Jahr 2000 einen Bericht, der auf den Ergebnissen einer 1999 im Marshall Space Flight Center abgehaltenen Konferenz beruht.

NASA - Weltraumlift Modell

Seit Anfang des 21. Jahrhunderts ist mit den Kohlenstoffnanoröhren ein Material bekannt, das die Anforderungen erfüllen könnte. Anfang 2004 ist es einer Gruppe von Wissenschaftlern um Alan Windle an der Universität Cambridge gelungen, auf der Grundlage dieser Technologie einen etwa 100 Meter langen Faden herzustellen. Kohlenstoffnanoröhren haben ein bis zu 100 mal besseres Verhältnis von Zugfestigkeit zu Gewicht als Stahl, deshalb ist dieser Werkstoff ein möglicher Kandidat für den Weltraumlift. Jedoch ist die Technologie noch längst nicht ausgereift: Kohlenstoffnanoröhren können bisher nur in sehr begrenzter Zahl hergestellt werden und sind dementsprechend sehr teuer. Seile aus Nanoröhren müssen dazu im atmosphärischen Bereich des Seils noch beschichtet werden, weil Kohlenstoff oxidiert.

Ende Juni 2004 teilte der Leiter des Weltraumfahrstuhlprojekts Bradley Edwards in Fairmont, West Virginia mit, dass schon in 15 Jahren ein Prototyp fertig sein könnte. Die NASA unterstützt das Forschungsprojekt durch ihr NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) mit 500.000 US-Dollar.

Das US-amerikanische Unternehmen LiftPort Group hat es sich zum Ziel gesetzt, einen solchen Weltraumaufzug zu bauen. Dazu wurde – nach ersten Versuchen auf der Erdoberfläche – im Sommer 2012 das erste Teilziel neugesetzt, zwischen Mondoberfläche und einer dort in 55.000 km Höhe (künftig) stehenden Raumstation einen Aufzug zu bauen. Für diesen Zweck soll ein 250.000 km langes Seil in der Mondoberfläche verankert und bis zu einem in der Umlaufbahn befindlichen Gleichgewichtspunkt geführt werden. Zudem hatte das japanische Bauunternehmen Obayashi im Frühjahr 2012 für 2050 angekündigt, ebenfalls einen Aufzug von der Erde in den Weltraum, mit einer Station in 36.000 km Höhe, zu bauen.

Weltraumlift und die Auswirkungen 

 

Es wird vermutet, dass ein Weltraumlift die Transportkosten von derzeit 12.000 bis 80.000 US-Dollar pro Kilogramm auf ungefähr 200 US-Dollar pro Kilogramm reduzieren könnte. Die wissenschaftliche Forschung würde davon durch den sehr viel billigeren Transport von Laboren und Teleskopen in den Weltraum stark profitieren. Auch die industrielle Forschung kann durch Arbeiten in der Schwerelosigkeit neue Verfahren entwickeln und neue Fertigungstechnologien ermöglichen; nicht zuletzt wäre es möglich, diese Technik für den Weltraumtourismus zu erschließen.

Die Energiebilanz beim Transport mit dem Weltraumlift ist – auch ohne Rekuperation beim Zurückkehren zur Erde – nicht zwingend negativ. Um ein Kilogramm Masse vom Erdäquator bis in eine Höhe von 35.786 km über dem Erdäquator hochzuheben, benötigt man 48.422 kJ (ca. 13 kWh). Wird das Seil bis in eine Höhe von 143.780 km über dem Erdäquator verlängert, dann kann diese Energiemenge wieder zurückgewonnen werden. Das liegt daran, dass die Summe aus Gravitationspotentialdifferenz und Zentrifugalkraftpotentialdifferenz zwischen dem Erdäquator und 143.780 km Höhe gleich null ist. Diese Rückgewinnung ist aber nur beim Transport eines Körpers von der geostationären Umlaufbahn in eine noch größere Höhe möglich, beispielsweise um eine interplanetare Sonde mittels (eines Teils) der Fliehkraft zu starten.

Anmerkungen

Autorenliste Wikipedia

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