Seien wir ehrlich, Dinge mit Raketen in den Weltraum zu starten ist eine ziemlich ineffiziente Art, Dinge zu tun. Raketen sind nicht nur teuer in der Herstellung, sie benötigen auch eine Tonne Treibstoff, um die Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen. Und während die Kosten für einzelne Starts durch Konzepte wie wiederverwendbare Raketen und Weltraumflugzeuge gesenkt werden, könnte eine dauerhaftere Lösung der Bau eines Weltraumaufzug .
Und obwohl ein solches Mega-Engineering-Projekt derzeit einfach nicht realisierbar ist, gibt es viele Wissenschaftler und Unternehmen auf der ganzen Welt, die sich dafür einsetzen, einen Weltraumaufzug zu unseren Lebzeiten Realität werden zu lassen. Zum Beispiel ein Team japanischer Ingenieure aus Universität Shizuoka Fakultät für Ingenieurwissenschaften vor kurzem ein maßstabsgetreues Modell erstellt eines Weltraumlifts, den sie morgen (11. September) ins All bringen werden.
Das Konzept für einen Weltraumaufzug ist recht einfach. Im Grunde sieht es den Bau einer Raumstation im geosynchronen Orbit (GSO) vor, die durch eine Zugstruktur mit der Erde verbunden ist. Am anderen Ende der Station wäre ein Gegengewicht angebracht, um das Halteseil gerade zu halten, während die Rotationsgeschwindigkeit der Erde dafür sorgt, dass es über derselben Stelle bleibt. Astronauten und Besatzungen würden in Autos auf und ab reisen, wodurch Raketenstarts vollständig überflüssig würden.
Für ihr maßstabsgetreues Modell haben die Ingenieure der Shizuoka University zwei ultrakleine CubeSats entwickelt, die an einer Seite jeweils 10 cm (3,9 Zoll) messen. Diese sind durch ein rund 10 Meter langes Stahlseil verbunden, ein Container, der wie ein Weltraumlift funktioniert, bewegt sich motorisch entlang des Kabels und an jedem Satelliten montierte Kameras überwachen den Fortschritt des Containers.
Die Mikrosatelliten sollen am 11. September zur Internationalen Raumstation (ISS) starten, wo sie dann zu Testzwecken in den Weltraum geschickt werden. Zusammen mit anderen Satelliten wird das Experiment von H-IIB-Fahrzeug Nr. 7, die vom Tanegashima Space Center in der Präfektur Kagoshima starten wird. Während bereits ähnliche Experimente mit Kabelverlängerungen im Weltraum durchgeführt wurden, wird dies der erste Test sein, bei dem ein Objekt entlang eines Kabels zwischen zwei Satelliten bewegt wird.
Ein Sprecher der Shizuoka-Universität wurde mit den Worten zitiert: ein Artikel von der AFP: 'Es wird das weltweit erste Experiment sein, um Aufzugsbewegungen im Weltraum zu testen.'
„Theoretisch ist ein Weltraumaufzug sehr plausibel. Raumfahrt könnte in Zukunft etwas Populäres werden.“ hinzugefügt Yoji Ishikawa, Ingenieur der Shizuoka-Universität.
Wenn sich das Experiment als erfolgreich erweist, wird es helfen, den Grundstein für einen echten Weltraumaufzug zu legen. Aber natürlich müssen noch viele bedeutende Herausforderungen gelöst werden, bevor etwas gebaut werden kann, das einem Weltraumaufzug nahe kommt. An erster Stelle steht das Material, das zum Bau des Halteseils verwendet wird, das sowohl leicht sein muss (um nicht zu kollabieren) als auch eine unglaubliche Zugfestigkeit aufweisen muss, um der Spannung zu widerstehen, die durch die Zentrifugalkraft, die auf das Gegengewicht des Aufzugs einwirkt, verursacht wird.
Künstlerische Darstellung einer Reihe von Kohlenstoffnanoröhren, die von einem Team von NASA-Ingenieuren hergestellt wurden. Bildnachweis: NASA
Darüber hinaus müsste das Halteseil auch den Gravitationskräften von Erde, Sonne und Mond standhalten, ganz zu schweigen von den Belastungen durch die atmosphärischen Bedingungen der Erde. Diese Herausforderung galt im 20. Jahrhundert als unüberwindbar, als das Konzept von Autoren wie Arthur C. Clarke populär gemacht wurde. Doch um die Jahrhundertwende begannen Wissenschaftler dank der Erfindung der Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die Idee zu überdenken.
Die Herstellung von Nanoröhren in der Größenordnung, die erforderlich ist, um eine Station in GSO zu erreichen, übersteigt jedoch immer noch unsere derzeitigen Möglichkeiten. Darüber hinaus hat Keith Henson – ein Technologe, Ingenieur und Mitbegründer der Nationale Weltraumgesellschaft (NSS) – argumentiert, dass Kohlenstoffnanoröhren habe einfach nicht die nötige Kraft die damit verbundenen Belastungen auszuhalten. Dazu haben Ingenieure vorgeschlagen, andere Materialien zu verwenden, wie z Diamant-Nanofilament , aber die Produktion dieses Materials in der erforderlichen Größenordnung übersteigt auch unsere derzeitigen Möglichkeiten.
Es gibt auch andere Herausforderungen, darunter die Vermeidung von Kollisionen von Weltraummüll und Meteoriten mit dem Weltraumaufzug, die Übertragung von Elektrizität von der Erde in den Weltraum und die Sicherstellung, dass das Halteseil gegen hochenergetische kosmische Strahlung resistent ist. Aber wenn ein Weltraumaufzug gebaut werden könnte, würde sich das immens auszahlen, nicht zuletzt die Möglichkeit, Besatzungen und Fracht für viel weniger Geld in den Weltraum zu transportieren.
Im Jahr 2000, vor der Entwicklung wiederverwendbarer Raketen, betrugen die Kosten, um Nutzlasten mit konventionellen Raketen in eine geostationäre Umlaufbahn zu bringen, etwa US 25.000 US-Dollar pro Kilogramm (11.000 US-Dollar pro Pfund) . Nach Schätzungen von die Spaceward Foundation , ist es möglich, dass Nutzlasten für nur 220 USD pro kg (100 USD pro Pfund) an GSO übertragen werden.
Darüber hinaus könnte der Aufzug verwendet werden, um Satelliten der nächsten Generation, wie z. B. weltraumgestützte Solaranlagen, einzusetzen. Im Gegensatz zu bodengebundenen Solaranlagen, die dem Tag-Nacht-Zyklus und wechselnden Wetterbedingungen unterliegen, könnten diese Anlagen 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche, 365 Tage im Jahr Strom sammeln. Diese Energie könnte dann von den Satelliten mit Mikrowellensendern an Empfangsstationen am Boden gesendet werden.
Raumschiffe könnten auch im Orbit zusammengebaut werden, eine weitere Maßnahme zur Kostensenkung. Derzeit müssen Raumfahrzeuge entweder hier auf der Erde vollständig zusammengebaut und ins All geschossen werden oder einzelne Komponenten in die Umlaufbahn gebracht und dann im Weltraum zusammengebaut werden. In jedem Fall ist es ein teurer Prozess, der schwere Trägerraketen und Tonnen von Treibstoff erfordert. Aber mit einem Weltraumaufzug könnten Komponenten zu einem Bruchteil der Kosten in die Umlaufbahn gehoben werden. Noch besser könnten autonome Fabriken im Orbit platziert werden, die in der Lage wären, sowohl die notwendigen Komponenten zu bauen als auch Raumfahrzeuge zusammenzubauen.
Kein Wunder also, warum mehrere Unternehmen und Organisationen hoffen, Wege zu finden, um die technischen und technischen Herausforderungen zu meistern, die eine solche Struktur mit sich bringen würde. Auf der einen Seite haben Sie die Internationales Konsortium für Weltraumaufzüge (ISEC), eine Tochtergesellschaft der National Space Society, die 2008 gegründet wurde, um die Entwicklung, den Bau und den Betrieb eines Weltraumaufzugs zu fördern.
Dann gibt es die Obayashi Corporation , die mit der Shizuoka University zusammenarbeitet, um bis zum Jahr 2050 einen Weltraumaufzug zu bauen. Nach ihrem Plan würde das Kabel des Aufzugs aus einem 96.000 km langen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kabel bestehen, das 100 Tonnen schwere Kletterer tragen kann. Es wird auch aus einem schwimmenden Erdhafen mit 400 m (1312 ft) Durchmesser und einem 12.500 Tonnen (13.780 US-Tonnen) Gegengewicht bestehen.
Als Professor Yoshio Aoki von der Nihon University College of Science and Technology (der das Weltraumliftprojekt von Obayashi Corp. überwacht) genannt : „[Ein Weltraumaufzug] ist für Industrien, Bildungseinrichtungen und die Regierung unerlässlich, um sich für die technologische Entwicklung zusammenzuschließen.“
Zugegeben, die Kosten für den Bau eines Weltraumaufzugs wären enorm und würden wahrscheinlich eine konzertierte internationale und generationenübergreifende Anstrengung erfordern. Und es bleiben erhebliche Herausforderungen, die erhebliche technologische Entwicklungen erfordern. Aber für diesen einmaligen Aufwand (plus Wartungskosten) hätte die Menschheit auf absehbare Zeit uneingeschränkten Zugang zum Weltraum und das zu deutlich reduzierten Kosten.
Und wenn sich dieses Experiment als erfolgreich erweist, wird es wichtige Daten liefern, die eines Tages in die Entwicklung eines Weltraumaufzugs einfließen könnten.
Weiterlesen: Wissenschaftsalarm , Die Mainichi , AFP
