Es dauert 14 Tage, um den Mond zu erreichen, und 61 Tage, um den Mars zu erreichen! Wie weit ist der Traum vom „Weltraumlift“ entfernt?

Der „Weltraumlift“ im Roman „Die drei Sonnen“ ist faszinierend. Steigen Sie einfach in den Aufzug, drücken Sie einen Knopf und sausen Sie in den Weltraum. Der Traum von einem solchen Weltraumlift ist alt. Im Jahr 1895 schlug der russische Wissenschaftler Ziolkowski die Idee eines Weltraumlifts vor, nachdem er den Eiffelturm gesehen hatte. Auch Science-Fiction-Meister Clarke beschrieb 1979 in seinem Roman „Die Fontänen des Paradieses“ einen Weltraumlift.

Peter Swan, Vorsitzender des International Space Elevator Consortium, sagte außerdem, dass Weltraumaufzüge in Zukunft als dauerhafte Logistikinfrastruktur dienen und Material und Personal in den Weltraum transportieren würden und somit einen neuen Weg für den Zugang zum Weltraum darstellen würden. Er wies außerdem darauf hin, dass die Bauarbeiten auf dem Mond und dem Mars weniger schwierig seien als auf der Erde, da die Schwerkraft auf dem Mond und dem Mars geringer sei als auf der Erde und die Luft dünner bzw. ein Vakuum sei. In den nächsten 14 Tagen wird es 14 Tage dauern, bis der Mond erreicht ist, und 61 Tage, bis der Mars erreicht ist.

Als nächstes müssen wir uns fragen, welchen Stand die Weltraumaufzugstechnologie erreicht hat und wann sie realisiert werden kann. Wenn man die technologische Reife einer Idee in 10 Stufen von 0 bis 9 einteilt, von Science-Fiction bis Realität, dann befinden wir uns jetzt in der zweiten Stufe. Es hat das Science-Fiction-Stadium (Stadium 0) überschritten, wissenschaftlich umsetzbare Prinzipien vorgeschlagen und die wichtigsten umsetzbaren technischen Indikatoren berechnet. Später ist eine experimentelle Überprüfung der Schlüsseltechnologien und -systeme erforderlich, gefolgt vom eigentlichen Bau. Dies zeigt, dass noch ein weiter Weg vor uns liegt.

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Welche konkreten wissenschaftlichen Prinzipien machen diesen Weltraumaufzug möglich und welche Strukturkomponenten umfasst er?

Das Wesentliche an einem Weltraumaufzug ist der Bau einer permanenten „Kabel“-Struktur, die den Boden mit einem Punkt im Weltraum verbindet. Liegt die Kabelkonstruktion tiefer als 36.000 Kilometer, steht sie im Inneren unter Druck. Bei einer Stahlkonstruktion kann die Höhe nur etwa neun Kilometer betragen, was in etwa der Flughöhe eines Flugzeugs entspricht. Wenn er höher ist, wird der Stahl am Boden unter dem enormen Druck zerdrückt. Allerdings übersteigt die Dehnbarkeit verschiedener Materialien ihre Komprimierbarkeit bei weitem. Daher wurde der Plan eines etwa 50.000 Kilometer langen Weltraumaufzugs vorgeschlagen. Dieser Plan ähnelt dem Hammerwerfen eines Sportlers. Die Erde entspricht dem Hammerwerfer. Am Äquator der Erde ist ein 50.000 Kilometer langes Kabel befestigt, an dessen Ende sich ein Hammer befindet. Aufgrund der Erdrotation wird die Rotationszentrifugalkraft von Hammer und Kabel durch die Schwerkraft der Erde ausgeglichen.

Das gesamte Weltraumliftsystem besteht also aus vier Teilen: Der erste ist eine Basisstation, die auf der Äquatoroberfläche verankert ist, der zweite ist ein Kabel mit einer Länge von etwa 50.000 Kilometern, der dritte ist ein Ausgleichsgewicht in 50.000 Kilometern Höhe, dieses Gegengewicht kann eine Raumstation sein, und der vierte ist die Aufzugskabine, die entlang des Kabels schnell auf und ab fährt.

Manche schätzen, dass die Kosten für den Bau eines Weltraumaufzugs bei etwa 10 Milliarden US-Dollar liegen. Nach der Fertigstellung betragen die Kosten für den Transport eines Kilogramms an Objekten in den Weltraum jedoch nur 100 US-Dollar. Die Transportkosten sind 100-mal niedriger als die einer Trägerrakete. Sofern 1.000 Tonnen Objekte in die Umlaufbahn transportiert werden, amortisieren sich die Baukosten des Weltraumlifts. Warum sollte man es bei solch vielversprechenden Anwendungsaussichten nicht schnell umsetzen?

Dies liegt daran, dass es noch viele technische Schwierigkeiten gibt. Die größte Schwierigkeit besteht darin, dass Materialien mit ausreichender Festigkeit benötigt werden. Kohlenstoffnanoröhren und superstarkes Graphen gelten als ideale Materialien für den Bau von Weltraumaufzugskabeln. Sie sind zwar stark genug, im Labor lassen sich jedoch nur Kohlenstoffnanoröhren mit einer Länge von weniger als einem Meter herstellen, was weit von 50.000 Kilometern Länge entfernt ist. Es ist wirklich ein langer Marsch von 16.000 Kilometern und erst ein Schritt ist getan. Darüber hinaus sind noch viele Details zu klären: Welchen Antriebsmodus soll das Space-Elevator-Auto wählen? Wie kann ein 50.000 Kilometer langes Kabel Schwankungen wirksam standhalten? Was passiert, wenn ein Weltraumaufzug auf Weltraumschrott oder Meteoroideneinschläge trifft?

Kurz gesagt: Der Transport eines Weltraumaufzugs ins All befindet sich noch in der theoretischen Phase und vor der tatsächlichen Projektumsetzung müssen noch viele technische Schwierigkeiten überwunden werden!

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützte Arbeit

Autor: Zhou Binghong

Rezension: Liu Yong

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.