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Einleitung

Ein Expressaufzug zu den Sternen

 

Weltraumlift-schema

Urheber:User:Fredrik, Übersetzung:Deelkar, CC BY-SA 2.0

 

Der Weltraumlift als Revolution der Raumfahrt

 

Im Roman "Limit", von Frank Schätzling, werden die Visionen der Wissenschaftler und Raumfahrer Realität. Im Jahre 2024 hat der Konzerns Orley Enterprises eine dominierende Stellung in der Welt eingenommen, der Konzern beherrscht nämlich den Weltraum. Warum und wie ist das möglich?

In der Umlaufbahn der Erde dreht die Orley Space Station OSS ihre Runden. Sie ist auf einen festen Punkt, im geostationären Umlaufbahn in 36.000 km Höhe um die Erde, fixiert und dies nur aus einem Grund - der Weltraumfahrstuhl von der Erde in den Weltraum endet dort. Fiktion oder mögliches Szenario? Im Buch baut die US-amerikanischen Regierung und der Konzern den Fahrstuhl, dabei ist die Technologie des Konzerns für den Bau des Fahrstuhls, sowie die Betreibung von Kernfusionsreaktoren Voraussetzung. Das gesamte Buch ist nämlich auf das reale Szenario einer globalen Energiekrise angelegt, welche der Konzern mit dem wirtschaftlichen Abbau von Helium-3 auf dem Mond löst. Dabei kristallisiert sich heraus, dass wer den Fahrstuhl kontrolliert, auch den Weltraum, die Energieversorgung, die globale Wirtschaft und endgültig auch den Weg der Menschheit kontrolliert.

 

"Es klingt ziemlich unglaublich, aber das Band, von dem die Rede ist, braucht mit dieser Technologie nur etwa einen Meter breit zu sein und ist dabei dünner als Papier. Ein solches Band würde insgesamt nur 800 Tonnen wiegen, erst bei einer Belastung von 40 Tonnen reißen und auch Kollisionen mit kleineren Meteoriten heil überstehen. Eigentlich ist das Ganze ja kein klassisches Weltraum-Projekt, sondern eher eine Aufgabe für Ziviltechniker und Bau-Ingenieure. Bei der Verlegung von Tiefseekabeln arbeitet man schon lange mit solchen Dimensionen. Schon vor Jahren wurden in Hängebrücken vergleichbare Mengen an Stahlseil verarbeitet. In San Franciscos Golden Gate Brücke zum Beispiel stecken 129.000 Kilometer Kabel. Wir haben einer dieser Firmen die zu verarbeitenden und zu transportierenden Mengen vorgerechnet, die haben nicht einmal der Wimper gezuckt."

(Dr. Bradley Edwards, NASA Experte)

 

Nur ein Roman mit tollen Ideen, oder ein Blick in unsere Zukunft? Frank Schätzling hat den Weltraumfahrstuhl nicht ohne Grund zu einem Hauptakteuer der Erzählung gemacht, denn die Raumfahrernationen wissen heute, dass eine Eroberung des Weltraumes nur möglich ist, wenn man die Kosten für den Transport von Material in den Orbit radikal senken kann. So hat man schon zu Beginn des 20. Jahrhunderts von einem Gondeltransport zwischen Erde und Orbit geträumt. Alles wäre so einfach, man bräuchte nur ein Seil, das 36.000 Kilometer lang ist und an dem die Gondel senkrecht nach oben steigen kann. Gelänge es, diesen Endlosstrick ins All zu schießen, würde er wegen der Fliehkraft, der sich bewegenden Erde, stabil senkrecht stehen bleiben. In der Theorie eine einfache Sache, die für die Lösung so vieler Probleme beitragen würde. Doch bisher gibt es einen solchen Fahrstuhl zu den Sternen nicht - noch nicht!

 

Entwicklung

Historische Entwicklung

 

Die großen Weltraumnationen, allen voran die USA und ihre Weltraumbehörde NASA, wollen bis 2030 einen Aufzug ins All bauen. Um dieses Vorhaben zu realisieren braucht es aber nicht nur enorme finanzielle Mittel, sondern auch Ideen. Diese Ideen kommen aus den verschiedensten Bereichen. Wie so oft ist die Science Fiktion und ihre Autoren der erste Ideengeber gewesen, in diesem Fall Arthur C. Clarke, der schon in frühen Jahren einen solchen Space Lift erdacht hat. Er verarbeitete die Idee im Jahre 1979, in seinem Roman "Fahrstuhl zu den Sternen". Aber auch die Wissenschaft versucht immer wieder, mit Hilfe der neusten Erkenntnisse, einen solchen Weltraumfahrstuhl zu entwickeln. Die Spaceward Foundation, eine wissenschaftliche Stiftung, die von der US Regierung unterstützt wird, glaubt fest an den Fahrstuhl und will mit einem Wettbewerb Ideen sammeln, an die man noch nicht gedacht hat. Fakt ist, wir stehen noch am Anfang dieses Projektes - oder doch nicht?

Das Konzept eines Lifts ins All ist schon über hundert Jahre alt. 1895 dachte der russische Raketenpionier Konstantin Ziolkowski (Grundschullehrer), inspiriert vom Pariser Eiffelturm, über einen Turm ins All nach. Das Prinzip und die Theorie ist bis heute die gleiche, denn die "himmlische Burg", die "unbeweglich" am Himmel steht, ist Grundlage für solch einen Fahrstuhl. 1960 beschrieb der russische Ingenieur Juri Artsutanow in der Parteizeitung "Prawda" das Konzept des Weltraumlifts. Der Artikel fand allerdings außerhalb der Sowjetunion nur wenig Aufmerksamkeit. Das Rückstoßprinzip in den Weltraum wäre so auf einen Schlag veraltet, und das stationäre Seil, welches frei und senkrecht auf der Erdoberfläche steht (und zwar exakt auf dem Äquator), übernimmt die Funktion aller Raketen. Im Jahre 1966 untersuchten vier amerikanische Ingenieure, welches Material für die Schaffung eines solchen Kabels erforderlich wäre. Sie kamen zum Schluss, dass neue Materialien benötigt würden, die mindestens doppelt so zugstark wären wie alle damals bekannten Materialien. Denn ein gewöhnliches Stahlseil würde bereits ab einer Länge von vier bis fünf Kilometern unter seinem eigenen Gewicht reißen. Auch deshalb wurde diese Idee von vielen SF Autoren immer wieder aufgegriffen. Ähnliche Ansätze hatte auch der amerikanische Ozeanographen John Isaacs, der 1966 in der Zeitschrift "Science" seine Gedanken an einen Fahrstuhl publizierte.

Die SF Autoren bauten die Entwürfe dabei sogar noch aus, erdachten Szenarien wie Einsatzmöglichkeiten und ließen das Katapult- Lift- oder Schleuderprinzip nie in Vergessenheit geraten. Der Forscher Jerome Pearson fand 1975 einen ersten Lösungsansatz und löste das Materialproblem mit einem sich verjüngenden Querschnitt des Fahrstuhlkabels. Die dickste Stelle am höchsten Punkt der Spannung und am Ende, mit effektiver null Spannung, deutlich geringere Dicken. Dabei ändert sich die Palette einsetzbarer Materialien ständig. Das hochgelobte Kevlar gehört quasi schon zum alten Eisen. Die Aramid-Fasern (aromatisierte Amide) sind nur übriggeblieben und werden via Nanotechnologie umstrukturiert. Trotz dieses hochfesten Verbindungen, scheint der Grundstoff allen Lebens auf der Erde auch die Gurndlage für das Fortbestehen der Menschheit im All zu sein. Die Nanotubes sind röhrenförmige Verwandte der C 60 Verbindung und wurden erstmals 1985 entdeckt. Der große Sprung wurde 1991, von dem Japaner Sumio Iijima, gemacht. Er entdeckte Verkettungen von Kohlenstoff-Nanoröhren und gilt als Pionier in der Erforschung dieses Bereiches. Diese Kohlenstoffkonfiguration ist leicht, hat eine extrem hohe Reißfestigkeit und ist außerdem bei hohen Temperaturen supraleitfähig.

 

Materialen

Stahl:   viel zu schwer
(1 : 100000 Querschnittverhältnis),
Stabilität und Haltbarkeit unrealisierbar
Nylon:   geringes Gewicht,
unzurechende Stabilität und Trageeigenschaften
Kevlar:   durchschnittlich,
extremer Massenbedarf
(über 1 : 10 Querschnittverhältnis)
Superkevlar:   gut,
aber man bräuchte für die Entfernung
zu viel davon
Kristalline Graphitfasern:   gut,
1000 km Reißlänge,
Masse 1: 10 im Querschnittverhältnis
Nanotubes:   ideal, sehr leicht
(unter 1 : 10 Querschnittverhältnis),
in der Herrstellung sehr teuer

 

Nach dem Ableben des Shuttle-Programms, steht die Menschheit vor einem Rückschritt auf dem Weg ins All und somit war es Zeit für neue Idee. So war es nur eine Frage der Zeit, bis die Ingenieure sich auf den Fahrstuhl zurückbesannen, denn sein enormer energetischer Vorteil ist vor allem unvergleichlich kostengünstiger. Bei möglichen Transportkosten von 90 cent pro Kilogramm (realistisch ist 50-100 Dollar), im Gegensatz zur 50.000 Dollar bei Raketenstarts, wurden die Weltraumbehörden schnell hellhörig!

 

Theorie

Theorie

 

Stellen wir den Bau und seine Kosten erst einmal zurück, dann haben wir eine einfache Energierechnung für den Transport als Grundlage. Man geht dabei von der kinetischen und potentiellen Energie eines Kilogramms Masse aus, welches von der Erdoberfläche in den geostationären Orbit befördert wird. (Geostationäre Orbit, weil ein Körper dort für eine Umkreisung der Erde genau 24 Stunden, also gleich lang, wie die Erde braucht, um sich einmal um sich selbst zu drehen - deshalb ist er in Bezug auf die Erde (geo-) stationär, steht von der Erde aus gesehen, immer am gleichen Punkt über dem Boden. Ein System, welches von allen Kommunikationssatelliten verwendet wird.) Auf die Verhältnisse im Vakuum des Weltraumes und den physikalischen Gesetzen des Erdorbits angewendet, bedeutet es, dass die Masse im Orbit sich mit ca. 3 km/sec fortbewegt bzw. um die Erde kreist. Die Energie der Masse in Bewegung muss also 60 Millionen Joule betragen, um nach oben befördert werden. Bei den Gegenwärtigen Kosten für Energie würde dies ca. 1.20 Euro kosten. Ein Schnäppchen, das aber ohne die reinen Betriebskosten der Orbitstation und der Erdstation gemacht worden sind.

Dabei lässt die Wissenschaft natürlich nur zu gern die wirtschaftlichen Kosten heraus, immer mit dem Argument, dass Energie dann ja kein Problem mehr wären - siehe Frank Schätzling Kernfusion und Helium 3 Ressourcen. Erforderlich ist eine wartungsarme, möglichst berührungslose Fortbewegung ohne bewegliche Teile. Dem heutigen Stand der Technik würde eine Magnetschwebebahnen solche Bedingungen erfüllen, wenn auch nicht mit der nötigen Geschwindigkeit. Veranschlagt sind mehrere tausend Kilometer pro Stunde, um die Reisezeit in den geostationären Orbit auf einige Stunden zu begrenzen. Dabei wäre vor allem der Start "gegen" die Anziehungskraft ein Problem und würde wahrscheinlich Anfangsschub, Stufenzündungen oder alternative Startsysteme verlangen. Damit wäre das Konzept des Fahrstuhls eigentlich entwertet. Heute forscht man mit Mikrowellenantrieben, Laserstrahlen für den Schub und Energieübertragung und andere Antriebsvarianten, die den Senkrechtstart optimal unterstützen könnten. Keines ist über die (ungenügende) Erprobungsphase hinausgekommen. Dabei hat sich das Licht als Antrieb des Fahrstuhls scheinbar dennoch etabliert. Bei den verschiedenen Wettbewerben von anfangs 50.000-Dollar-Preisgeld bis heute 2 000 000 Dollar Preisgeld, konnte sich meist der Entwurf mit dem Antrieb durch Laser oder Mikrowelle durchsetzen. Doch ist der Antrieb nur ein sekundäres Problem, denn das Projekt steht und fällt mit dem Seil. Es müsste mindestens 36.000 Kilometer lang sein, damit das daran befestigte Gewicht, eine Raumstation bzw. ein Bahnhof für die Fahrstühle, geostationär um die Erde kreisen kann: "Allein die Masse des Seils ist so groß, dass es bei allen heute verfügbaren Materialien reißen würde".

 

Formel


(1) E = Epot + Ekin
(2) Epot = G x m x M (1/r1 - 1/r2)
(3) Ekin = 1/2 mv2

G: Gravitationskonstante
m: Masse des Objektes M: die Erdmasse, ca.1024 Kg
r1: Distanz Erdoberfläche - Erdmittelpunkt, also ca. 6400 km
r2: Distanz GEO - Erdmittelpunkt, 6400 + 36000 = 42400 km (natürlich ist in Meter zu rechnen, wegen mkgs - System)!
v : Geschwindigkeit des Objektes auf der stationären Umlaufbahn (ca. 3 000m/sec)

Ergebnis

4.5 Mill Kg m2 / sec2 = 4.5 Mill Joule

 

Die größte Entdeckung in dieser Hinsicht, sind die sogenannte Nanoröhren. Die Nanotechnologie hat in den letzten Jahren ähnliche Sprünge gemacht wie die Computertechnologie Ende des 20. Jahrhunderts. So haben Wissenschaftler es geschafft, Kohlenstoffatome neu anzuordnen und ein einschichtiges, zusammengerolltes Kohlenstoffnetz zu erschaffen, das hundertmal fester als Stahl und doppelt so stabil wie Diamant, aber so leicht wie eine Feder ist. Der Baustoff der Zukunft, doch leider noch in den Kinderschuhen. Man schafft es heute zwar diese Röhren zu erschaffen und sogar sichtbar zu machen, doch die Vernetzung zu einem Seil, oder im Falle des Fahrstuhls zu einem nur kanpp einen Millimeter dicken Band, an dem der Fahrstuhl entlang fahren kann, ist bis heute nicht umsetzbar. Die Nanotubes können einfach noch nicht auf Länge gebracht werden, schon wenige Zentimeter sind eine Arbeit von Stunden. Von einer Industriefertigung scheint man noch Jahrzehnte entfernt zu sein, doch hat man vor 20 Jahren nicht mal an eine solche Technologie gedacht. Auch hier kommt wieder die Industrie ins Spiel, mit ihren enormen Forschungsbudget, Anlagen und Kapazitäten. Ohne Sie wird es nicht gehen und wie in Frank Schätzlings Roman, werden die Nationen wahrscheinlich bei der Industrie ihre Fahrt in Weltraum bezahlen und nicht mehr andersherum. Dabei gehen die Planung schon viel weiter, man plant bereits Stationen und im Roman Limit werden diese Planung Realität. So soll das Problem des Raumfahrtmülls, welches eine Gefahr für Seil und Station ist, durch eine schwimmende Plattform befestigt werden. Diese kann bei Bedarf verschoben werden und ermöglicht so ein Ausweichen. Andere Gefahren, wie die Gravitationskraft des Mondes, die auch Ebbe und Flut hervorruft, Sonnenwinde und Corioliskräfte sind einfach noch nicht zu kalkulieren.

Das Seil, aus papierdünnem Band, scheint einfach zu instabil, obwohl die Forscher genau dies immer wieder verneinen. Es ist ein Gesetz der Physik, dass es straff bleibt, genauso die Stabilität der Nanoröhren! Fakt ist, die Station muss auf dem Äquator liegen, und nur wenige Landstriche erlauben den Bau einer Station für diesen Betrieb. Um das Problem einer Station auf den Kontinenten zu umgehen, plant man von Beginn an eine Art Plattform auf dem Meer. Eine Art Bohrinsel, mit ähnlichen Anforderungen nur sehr viel größer. Die Grundlage für die Station kann auch ein hohler Betonkubus, in den Abmessungen 100 m x 100 m x 100 m, also 1 Million Tonnen Wasserverdrängung bei vollem Eintauchen sein. Er müsste natürlich frei schwimmen, lenkbar sein und seetüchtig. Letzteres müsste dann die Regulierbarkeit über Eintauchtiefe und Lenzpumpen erreichen.

 

"Der Schlüssel dafür, dass diese spektakuläre Idee wirklich gelingen könnte, steckt in dem Karbon-Band, das die Erde mit dem äußersten Satelliten verbindet. Man benötigt dazu ein Material, das eine ungeheure Festigkeit aufweist und gleichzeitig extrem leicht ist. Erst durch die jüngste Entwicklung so genannter ,Nano-Tubes', kann man jetzt Kohlenstoff-Atome so zu Molekülen anordnen, dass sie diese Eigenschaften haben und dadurch hundertmal fester als Stahl sind. Eine Bauweise, die in den kommenden Jahren noch einige technische Revolutionen auslösen wird."

(Prof. Dr. Helmut Detter, Österreichs Gründungsvater der Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie-Experte)

 

Die Berechnungen spielen dabei den Erbauern in die Hände, denn die Erdanziehungskraft nimmt mit der Höhe ab und benötigt auf 35,786 km bis zur Orbitstation lediglich eine Abreißlänge (effektive Belastungslänge) von 4,960 km, der Rest würde immer leichter werden bzw. frei schweben. Die Abreißlängen existierender Materialien sind bei Stahl - 11.3 km, Hochleistungs-Kohlefaser - 329 km. So haben wir heute, dem Ansatz von Pearson folgend, einen sich verjüngenden Querschnitt, der in der geostationären Höhe nur vier Mal dem Querschnitt an seinem Ende entsprechen müsste. Die Gesamtmasse des Kabels mit einer Nutzlastkapazität von hundert Tonnen wäre in der Größenordnung von einigen Zehntausend Tonnen zu schwer und würde somit in die Kategorie von modernen Hängebrücken einzuornden sein. Die Balance ist dabei das Stichwort, denn Pearson legt das Ende des Kabels in einer Höhe von 144,000 km fest, wobei die Konstrution des Kabels bis in diese Höhe noch gar nicht bedacht ist. Wichtig bei der Balance des Kabels, ist eine bewegliche Plattform auf der Erde wie im Orbit, zwei Fahrstuhlkabinen, die sich bei der gleichzeitigen Fahrt in die entgegengesetze Richtung ausbalancieren bzw. das Kabel in der Wage halten und ein zu starkes Abdriften verhindern.

Zwar besitzen Nanoröhrchen eine geradezu unglaubliche Zugfestigkeit von 100 Gigapascal, also der ideale Werkstoff für den Weltraumfahrstuhl. Doch bei der Herstellung des Materials, lassen sich Strukturfehler nicht vermeiden. Das Fehlen eines einzigen Kohlenstoffatoms vermindert die Festigkeit bereits um 30 Prozent, was im Schnitt alle vier Mikrometer der Fall ist.

 

Das Problem konnte bisher nicht behoben werden, vor allem da nach mehreren Zentimetern oftmals das gleichzeitige Fehlen mehrerer Atome auftreten kann. Dies mag zwar mit einem perfektionierten Produktionsprozess behoben werden können, doch die enorme Länge eines Weltraumfahrstuhls wird zu einer zwangläufigen Summierung von solchen Fehlern führen. Das Seil eines Weltraumfahrstuhls müsste eine Zugfestigkeit von mindestens 62 Gigapascal besitzen. Im Moment sind für die Wissenschaftler ein Gigapascal schon utopisch und die chemische Erosion in der Atmosphäre würde weitere Beschichtungen, Weiterentwicklungen und Sicherheitsmaßnahmen nach sich ziehen. Außerdem weiß man heute noch nicht, wie aus den Millimeter langen einzelnen Nanotubes ein 100 000 km langes Seil gleicher Reißfestigkeit hergestellt werden kann. So ist es durchaus möglich, dass ein Seil reißt, die unteren 2-3 Kilometer werden ins Meer bzw. auf die Erde zurückfallen, die anderen Kilometer in der Atmosphäre verglühen oder als Schrott in der Umlaufbahn hängen bleiben. Die Station wird dabei hohen Belastungen ausgesetzt und vielleicht sogar davongeschleudert, obwohl dies durch Schubdüsen vermeidbar wäre.

 

Durch die sinkenden Preise für den Transport ins All, würden vielen Staaten der Erde, mit bescheidenen Geldmitteln, es möglich gemacht werden, eigene Raumstationen zu bauen. Auch die Industrie könnte nun kostendeckend einsteigen. Der Weltraumtourismus wäre billig und für alle verfügbar. Theoretisch bräuchte keine Rakete mehr starten, alle Teile für ein Raumschiff könnten im Orbit zusammengesetzt werden, man könnte enorm viel Zeit sparen und auch die Konstruktionen für Raumschiffe würden sich ändern. Im Allgemeinen könnte man dann wohl erstmals wirklich von Raumschiffen sprechen, die auch für den Weltraum gebaut würden und nicht in erster Linie um den Start und den Widereintritt in die Atmosphäre zu überstehen. Die Visionen gehen sogar so weit, dass an verschiedenen Punkten der Erde Fahrstühle entstehen, ein flächendeckender Transport von der Erde und gleichzeitig Aufbau einer ganz neuen Generation von Raumstationen begonnen werden kann. Neuer Lebensraum im Weltraum. Weit näherliegend ist aber die Funktion der Fahrstühle über den Transport in den Orbit hinaus, denn am oberen Ende des Seils angekommen, bräuchten einmal gebaute Raumschiffe das Seil bloß im richtigen Moment loszulassen, und würden dann allein von der Fliehkraft zu ihrem fernen Ziel im Sonnensystem geschleudert. Ebenso scheint jedes langfristige Besiedlungsprojekt von Mars und Mond in diesem Jahrhundert an ein solches Transportmittel gekoppelt zu sein.

 

Umsetzung

Umsetzung

 

Bei der Umsetzung geht es vor allem um Kosten, Einfluss und die Ziele. Eine Bodenstation wäre von hohem strategischen Wert, ebenso die Technologie an sich und dazu die Betreiberlizenz. Die politischen Konsequenzen eines einzigen Fahrstuhls sind noch gar nicht absehbar. Die Visionäre gehen von einem neuen Utopia bis zur Auferstehung des Wilden Westens aus. Doch auch wenn es Unfälle, Rückschläge und Konflikte geben wird, wahrscheinlich vor dem Bau, währenddessen und vor allem danach, führt kein Weg daran vorbei. Die Menschheit brauch ein neues Transportmittel ins All. Nur "mit der heute verfügbaren Technologie ist der Bau eines Weltraumfahrstuhls nicht möglich", soweit die die Aussage der Mehrheit der Wissenschaftler. Dennoch ist die Theorie und die Planung bereits auf dem Papier fertig, die Umsetzung bzw. praktische Erprobung wird der Stolperstein sein.

 

Probleme

1. Material für Kabel und Turm
2. Errichtung des Kabels
3. Errichtung des Turms als Basisstation
4. Energieversorgung des Liftes
 

Anforderungen

10 Dollar pro kg Nutzlast in den stationären Orbit (GEO)
5000 Dollar pro Person (bis GEO, incl. Rückfahrt)
200 000 Tonnen Gesamtmasse
( ca. 100 000 Tonnen oder 10 000 Personen pro Jahr)
 

Kostenplanung

ca. 25 Milliarden Dollar Baukosten
laufende Betriebskosten = reine Stromkosten + geringe Betreiberkosten
 
Kosten (real) 200 bis 300 Milliarden Dollar
Hohe Instanhaltungskosten

 

Geht man vom heutigen Stand der Technik aus, so wird man eine solche Struktur selbstverständlich nicht von unten nach oben, sondern nur von oben nach unten bauen. Die Anziehungskräfte, die Atmosphäre und die Fliehkräfte müssen von Anfang an in den Bau einbezogen werden. Der Produktionsstandort muss also auf der geostationären Umlaufbahn, in 36 000 km Höhe über dem Äquator, liegen. Auf der geostationären Umlaufbahn (GEO) wiegt ein Gegenstand nichts, da Zentrifugalkraft und Gravitation sich gerade aufheben und ist somit idealer Startpunkt. Das "Seil" wird heruntergelassen, bis zur Erdstation und muss mit steigender Anziehkraft genau fixiert werden. Die genaue Länge, die ausbalancierten Abschlussgewichte am oberen (bzw. äußeren) Ende des Seils, dienen zur Straffung bzw. Stabilität des ganzen Konstrukts. Physikalisch entspricht das einer Wippe, die durch Gewichte ausbalanciert und gleichzeitig schwergängig gemacht wird, damit sie auf Einflüsse träger reagiert und ein Eingreifen möglich macht. Moderne Computer und Steuerungssysteme, sollen den Fahrstuhl in seiner Position halten und den Gondeltransport mit dem Seil bzw. den Stationen abgleichen.

 

Die Materialeigenschaften bzw. Querschnittverhältnisse und damit auch die vorgegebene Reißlänge soll in den Plänen umgangen werden. Das Seil muss von der geostationären Umlaufbahn nach außen (bzw. nach oben) verlängert werden, damit ein Gleichgewichtszustand erreicht wird. Kompensation durch Verlängerung bzw. Verlagerung des Schwerpunktes ist dabei das Zauberwort. Die Gravitation nimm mit dem Quadrat der Entfernung ab, die Zentrifugalkraft dagegen nur linear zu, was eine Verlängerung ausnutzen würde. Die meisten Seilkonzepte enden also nicht in der geostationären Umlaufbahn sonder viel weiter hinten, an einem zusätzlichen Satelliten als Gegengewicht. Somit schlägt man drei Fliegen mit einer Klappe, das Seil wird stabiler, das Material wird leichter und man hat seine Startrampen (praktisch gesehen eine "Steinschleuder") für Starts zu anderen Planeten des Sonnensystem oder darüber hinaus.

 

"Es wäre theoretisch möglich, in der Erdumlaufbahn fußballfeldgroße Satelliten mit Solarzellen zu installieren, die die gewonnene saubere Sonnenenergie umgewandelt in Mikrowellen zu Kollektoren auf der Erde weiterleiten könnte."

(Bill Rever, BP Techniker bei "BP Solar", einer Tochterfirma des Öl-Konzerns)

 

Dennoch sind es die Kosten, die das Projekt, ähnlich wie bei den Spaceshuttles, zum Einsturz bringen könnte. Die Technologie muss unbedingt getestet, ausgereift und finanziell auch machbar sein. Es darf also nicht zu ständigen Ausfällen, Reparaturen etc. kommen, und die "Fahrstuhlgondeln" müssen fast unbegrenzt oft verwendbar und zu handhaben sein. Man veranschlagt heute 25 Milliarden Dollar für das gesamte Projekt, damit wäre man sogar im Rahmen der Finanzierung einzelner Staaten. Doch wenn man sich die Einzelteile des Vorhabens anschaut, dann sieht es schon ganz anders aus. Es müssen 146 000 km Kabel gebaut und in Position gebracht werden. Als Gegengewicht muss ein kleiner kohlenstoffhaltiger Asteroid der Amor-Klasse (von ca. 0.5 Mill. Tonnen Masse) an Ort und Stelle gebracht werden, es müssen Produktionsanlagen für den Kabel, die Orbitstation und sonstiges nach oben gebracht werden. Dabei ist der Bau der Station auf der Erde noch gar nicht eingerechnet, so kommen die Analysten von Wirtschaftsverbänden auf Summen von 200- 400 Milliarden Dollar. Auch Sie haben bereits Neuerungen in der Raumfahrt bzw. Transport in den Erdorbit eingerechnet und somit auch eine Senkung der Kosten bedacht. Wenn wir das Projekt in seiner Gesamtheit sehen, die Entwicklungskosten einrechnen und die ersten 2-4 Jahre Anlaufen des Fahrstuhlbetriebs, dann präsentieren Realisten einen Kostenrechnung von knapp 1 Billion Dollar! Wahrscheinlich ist, dass diese ersten Jahre eines Fahrstuhlbetriebes vor allem Teile für den Fahrstuhl nach oben geschafft werden. Das Seil wird verstärkt, die Orbitstation weiter ausgebaut und oben müssten die ganzen Arbeiter in der Orbitfabrik für das Seil ja auch versorgt werden. Nebenbei laufen noch die Vorbereitungen für Mondmissionen, Satellitenstarts und weitere Projekte. Die Umsetzung ist also nicht primär eine Frage der Technologie, sondern der Umsetzung, dabei wird es ohne globale Zusammenarbeit von Firmen und Nationen gar nicht gehen.

 

"Es wäre möglich, Sonden direkt vom sich bewegenden Aufzug weg weiter hinaus ins All, zum Beispiel in Richtung Mars, zu katapultieren, man müsste dann nur noch die Richtung mit Hilfe kleiner Antriebsaggregate korrigieren. Zum Beispiel ließe sich zu diesem Preis auch Atommüll in Richtung Sonne entsorgen, wo er dann problemlos verglüht..."

(NASA-Experte David Smitherman)

 

Dabei kann sich die Investition, vor allem für die Firmen, als wahre Goldgrube erweisen. Wer den Fahrstuhl betreiben darf, der befindet sich schlagartig im Zentrum der Welt, der Zukunft und hat den Schlüssel zum Weltraum in der Hand. Wir sprechen hier von einer schwimmenden Station, die eine ganze logistische Infrastruktur nach sich zieht. D.h. Hotels, Flughafen, Raum-Cargofirmen, Zulieferer etc. im weiteren Umkreis. Der Äquator wird zu einer Boomregion an dieser Stelle. Dazu kommen Hafenanlagen, Verarbeitungszentren und Transportanlagen jeder Art. Der gesamte Verkehr in den Orbit, zum Mond, zum Mars und den möglichen Schürfgebieten im Asteroidengürtel unseres Sonnensystems, wird durch dieses Nadelöhr führen. Dabei ist es absehbar, dass dieser eine Fahrstuhl auf lange Zeit der einzige sein wird, denn die enorme Investitionen können nur von den größten Firmen aufgebracht werden und die haben in diesem Fall dann ja Zugang. Der Rest der Welt wird sich an die Betreiber wenden müssen und dieses Monopol in den Händen zu halten wird die Politik, Wirtschaft und auch die Menschheit bis zu einem gewissen Grad steuern.
Die wichtigsten Faktoren sind die Politik, Logistik und Material. Die Politik spielt die wohl ausschlaggebende Rolle, denn es muss eine privatwirtschaftlicher Realisierung bzw. Finanzierung des Projektes mit den Nationen zustande kommen. Außerdem wird die Station auf der Erde in einer äquatornahen Gegend gebaut werden, also nahe der Dritten Welt bzw. Ländern, die innenpolitische wie außenpolitisch nicht gefestigt sind. Außerdem sind solche Regionen Erdbeben gefährdet und die Natur wird auch ein gewichtiges Wort mitzuspielen habe. Am wichtigsten wird aber die Verwaltung werden, denn jeder will ein Stück vom Kuchen ab haben, jeder sich seinen Anteil sichern und das Projekt soll nicht seinen Dienst für die Menschheit vergessen. Bei der Logistik wird wohl die Natur das größte Hindernis sein, denn die tropischen Regionen sind weder erschlossen, noch gut zu erreichen oder tun der Hochtechnologie durch die klimatischen Bedingungen einen Gefallen. Alles müsste vor Ort geregelt, gebaut und organisiert werden. Dies allein ist schon ein Milliardenaufwand.

 

Und die Materialwissenschaften, die stehen erst am Anfang ihrer Reise ins All. Wir sprechen nicht allein von den Anforderungen oder technischen Hindernissen, vor allem ist die schiere Masse der Materialien ein Problem. Es müssen hunderte Millionen Tonnen an Material bewegt, gebaut und verbaut werden. Es gibt noch gar keine Produktionsstätten für solch ein Kabel, in dieser Länge und vor allem in der gewünschten Bauzeit. Wie lange halten die Materialien eigentlich den Bedingungen im All stand, kann man sie eigentlich im All produzieren und vor allem wie lang soll der Bau eigentlich dauern? Die Zeitplanung schwankt in den Konzepten, aber es wird vermutet, dass mit dem heutigen Wissensstand 20-40 Jahre nicht zu großzügig berechnet sind. Bedenken wir die heutige wirtschaftliche Lage auf dem Planeten, die politischen Lager und ein Bedarf an einem solchen Projekt, dann ist erst in der zweite Hälfte des 21. Jahrhunderts mit einer Realisierung zu rechnen. Eine Fertigstellung und vor allem reibungsloser Betrieb wohl erst im 22. Jahrhundert.

Die SF wird sich dennoch weiter mit dem Thema beschäftigen und die Ingenieure werden weiter zuhören. Interessant sind heute vor allem auch ergänzende Konzepte, so zunächst kleinere Weltraumfahrstühle an selber Stelle, deren Schwerpunkt in einer erdnäheren Umlaufbahn liegt. Das untere Ende ist dann nicht fest mit dem Erdboden verbunden, sondern würde beispielsweise in 150 Kilometern Höhe von Hyperschallflugzeugen angeflogen werden, um die Nutzlasten oder Passagiere dort umzuladen. So könnte man die lange Bauphase überbrücken, modulartig bauen und währenddessen ein Fahrstuhlbetrieb im Kleinen aufrechterhalten. Mithilfe des Fahrstuhls würde man dann erst mal die Atmosphäre überwinden, erneut umsteigen, um mit relativ geringem zusätzlichen Schub zu ferneren Zielen, etwa zum Mond oder zum Mars, gelangen. Dort könnten ähnliche Fahrstühle wiederum die Landung erleichtern. Da System könnte so ausgiebig erprobt und eine Industrie im Orbit einfacher aufgebaut werden.

 

Quellen

Letzter Zugriff: 20.07.2011

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http://www.liftport.com/

Autor: Freiherr von Woye