{"id":8264,"date":"2013-07-23T00:58:48","date_gmt":"2013-07-22T22:58:48","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=8264"},"modified":"2023-04-12T12:15:07","modified_gmt":"2023-04-12T10:15:07","slug":"der-spacelift","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2013\/07\/23\/der-spacelift\/","title":{"rendered":"Der Spacelift"},"content":{"rendered":"
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Nach dem SpaceX-Schweinezyklus (Jahre mit Starts wechseln sich mit Jahren mit Ankündigungen ab) hat Elon Musk das nächste Projekt nach der Fertigstellung der Falcon 1.2 oder wiederverwendbaren Falcon angekündigt. Es ist nicht das schon seit Jahren in der Diskussion befindliche Merlin 2, das genauso viel Schub hat wie die neun Triebwerke die jetzt in der Falcon Erststufe stecken und deren Produktion entscheidend verbilligen soll, sondern der Spacelift oder wie das Projekt bei Musk heißt „SpaceXpress“\"\"<\/p>\n

Elon Musk dazu: „Wie ich schon mehrmals betont habe, ist das langfristige Ziel von SpaceX der Mars, zuerst mit einer Expedition, dann die dauerhafte Besiedlung. Wir haben mit der Reduktion der Startkosten auf 33% der Konkurrenz schon einen großen Schritt vorwärts zu diesem Endziel gemacht, doch dies alleine reicht nicht. Die Falcon 9R<\/a> wird die Kosten weiter senken und nachdem wie mit der Falcon 9 \/ Heavy schon zum führenden Launch Service Provider geworden sind, wird die Falcon 9R es erlauben Satelliten zu starten, für die bisher der Transport zu teuer war. Damit dürften die einnahmen steigen, was uns auch erlaubt die nächste Stufe anzugehen. Doch für die Kolonisierung des Mars sind die Transportkosten noch immer zu hoch. Dafür müssen wir nicht die Startkosten auf ein Viertel senken, sondern mindestens ein Zehntel, vielleicht ein Hundertstel. Eine Analyse zeigte, dass wir dies mit der Falcon 9R nicht erreichen können, die Hindernisse in Abnahme der Nutzlast und die begrenzte Lebensdauer von Komponenten lässt dies nicht zu.\u00a0 Dies werden wir mit SpaceXpress erreichen.“<\/p>\n

\"\"<\/a>Das von Musk vorgeschlagene Konzept ist nicht neu, galt bisher aber als nicht durchführbar. Es ist ein Aufzug in den Weltraum<\/a>, auch geostationäres Seil oder Space Elevator genannt. Am besten untersucht ist er in den GTO-Orbit. Der SpaceX Ansatz: Es wird ein Seil aufgespannt, das 55.000 km lang ist. Wenn nun ein Satellit hochfährt und in 36000 km Entfernung abgesetzt wird, dann muss man ihn dort nur abtrennen und er ist schon auf der geostationären Kreisbahn. Niedere Bahnen (unterhalb 24.000 km Höhe) sind durch kleine Raketenstufen erreichbar. Planetare Missionen, z.b. zum Mars durch höhere Bahnen als 47.000 km Höhe.<\/p>\n

Das Konzept wurde schon von verschiedenen Autoren untersucht. Das grundsätzliche Problem ist, das es keine herkömmlichen Materialen gibt, die den Belastungen stand halten. Es zieht die Gravitationskraft über tausende von Kilometern am Seil. Mit Metallen würde das Seil enorm dick sein. Die Reislänge, das heißt die Länge ab der das Eigengewicht des Seils zum Abreisen führt, müsste über 2000 km liegen, damit man das Seil aus vielen Stücken zusammensetzen kann. Dagegen reisen Stahlseile schon bei unter 100 km, Kevlar und Kohlefasern bei 200 km. Es sind zwar Materialen bekannt mit genügend hoher Reislänge, wie Diamant. Doch damit ist es nicht finanzierbar.<\/p>\n

Die vor einigen Jahren entdeckten Nanoröhrchen aus Graphitfasern<\/a> würden mit einer Reislänge von 3000 bis 5000 km jedoch die Anforderungen erfüllen, und so hat SpaceX eine Projektgruppe aufgesetzt, die zuerst einmal die Grundlagen der Nanoröhrchen erforschen soll. Später wird eine Falcon 9 ein erstes Seil hochspannen, Falcon 9R die an ihm hochsteigen werden es sukzessive verlängern bis der GEO erreicht ist. Ab hier reicht die Zentrifugalkraft aus, das Seil zu spannen und stabil zu halten. Danach werden weitere Transporte es verlängern. An dieser Verlängerung werden dann Marsraumschiffe starten. Andere Konzerte die nur einen Satellitentransport vorsehen, planen nur einen Transport bis in den GEO und haben zur Ausgleich der hochtransportieren Masse dort meist ein Gegengewicht. Unterhalb des GEO gilt, dass ein abgeworfener Körper eine kleinere Geschwindigkeit als die Orbitalgeschwindigkeit hat. Bei unter 24000 km schlägt er z.B. wieder auf der Erde auf. Darüber hat er, weil die Winkelgeschwindigkeit des Seils konstant ist, aber die Umlaufsdauer in höheren Bahnen länger ist als ein Tag auf der Erde (eine Erdrotation in 24 Stunden) eine höhere Winkelgeschwindigkeit und schlägt zuerst elliptische Bahnen ein, ab 46.900 km hyperbolische Bahnen. Wird nun eine Nutzlast in die richtige Höhe transportiert, zum richtigen Zeitpunkt losgelassen, so gelangt sie auf eine Mars Transferbahn. Die Länge von 55.000 km reicht für eine Geschwindigkeit von 3,5 km\/s im Unendlichen aus, ausreichend um die Nutzlast bis in 248 Millionen km Entfernung zu beschleunigen. Es muss nur noch beim Mars abgebremst werden, was auch durch die Atmosphäre möglich ist.<\/p>\n

In der Summe gelangen von 3 t die vom Erdboden aus hochfahren noch 1800 kg in eine Marsumlaufbahn. Bei einem Start mit einer Falcon 9 würde man dieselbe Nutzlast absetzen, nur wiegt die Rakete 480 t. Damit sind also die Transportkosten auf rund ein Hundertstel senkbar. Berücksichtigt man, dass man keine Raketentriebwerke sondern nur Strom zum Hochziehen braucht ist es sogar noch viel weniger. Wie schon vorher verlautbart wird die erste Marsexpedition<\/a> in Dragon Kapseln starten.\u00a0 Später<\/a> sollen, da nun ja wesentlich größere Lasten möglich sind vergrößerte Kapseln starten, die dann der Kolonie auch eine Autonomie ermöglichen. Eine Rückkehr wird derzeit nicht geplant, wenn jedoch die Kolonie auf dem Mars ebenfalls einen Spacelift installiert könnte sie wieder zurückkehren. Dazu müsste er auf dem Mars nur 36000 km lang sein.<\/p>\n

Eine zweite Nutzungsmöglichkeit ist die Stromgewinnung. Wie schon das Tether Experiment<\/a> an Bord des Space Shuttles zeigt kann man so Strom gewinnen. Das Seil erzeugte bei maximal 19 km Länge einen Strom von 3500 Watt. Ein 55000 km langes Seil müsste so, wenn es mit elektrisch leitenden Materialien beschichtet ist eine Leistung von 10 Megawatt liefern. das ist mehr als der Aufzug zum Hochfahren braucht. Allerdings zu wenig um damit die Herstellung zu finanzieren. Es wäre aber möglich im GTO Orbit einen Energiesatelliten am Seil zu installieren und so die Leistung direkt zur Erde transferieren. Die Spitzenleistung ist um 50% höher als auf der Erdoberfläche, es gibt keine Wolken und mit Ausnahme von zwei kurzen Unterbrechungen im Jahr auch keine Nacht. In der Summe kann der Energiesatellit daher Strom dreimal billiger als Solarzellen auf der Erde gewinnen. Allerdings sei dies bisher nur eine Idee so Musk. Bei Solar City sucht man aber schon nach Kooperationspartnern, die sich für diese Idee begeistern. So ist es um ein vielfaches effizienter als das deutsche Desert-Tec Projekt meinte Musk.<\/p>\n

Einen Zeitrahmen nannte Musk nicht, er glaubt aber das das Seil 5 Jahre nach der Falcon 9R deren Erstflug für 2015 geplant ist angegangen werden könnte.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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