Weltraumlift
Ein Weltraumlift ist die Idee einer Art Aufzug, beginnend am Erdboden, der die Erdatmosphäre verlässt und in den Weltraum führt.
Geschichte
Die Idee des Weltraumlifts tauchte erstmals 1895 auf, als der russische Weltraumpionier Konstantin Ziolkowski, inspiriert durch den Eiffelturm, vorschlug, einen Turm zu errichten, der direkt in den Weltraum reicht. Er stellte sich vor, am Ende eines Kabels eine Art Aufhängung des Aufzugs direkt in den geostationären Orbit zu bringen.
Ein Turm oder Aufzug dieser Art wäre in der Lage, Objekte in den Orbit zu bringen, ohne auf Raketentechnologie angewiesen zu sein. Da ein Objekt beim Aufstieg gleichzeitig an Geschwindigkeit zunehmen würde, hätte es bis zum Erreichen des Ziels automatisch die nötige Geschwindigkeit erreicht, um im geostationären Orbit zu verbleiben.
Ein Gebäude dieser Art zu errichten, war unmöglich, da kein Material mit der nötigen Zugfestigkeit bekannt war. 1957 schlug dann der sowjetische Wissenschaftler Juri N. Artsutanov 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 Kabel zur Erdoberfläche herunterlassen.
Der Schwerpunkt der Konstruktion müsste auf dem geostationären Orbit liegen, so dass die Fliehkraft die Erdanziehungskraft ausgleicht. Ein Kabel mit weit über 35.000 Kilometern Länge ist schwierig zu realisieren.
1966 untersuchten vier amerikanische Ingenieure, welches Material für die Schaffung eines solchen Kabels erforderlich wäre. Sie kamen zum Schluss, dass neue Materialen benötigt würden, die doppelt so zugstark wären als alle damals bekannten Materialen.
1975 schlug der US-Amerikaner Jerome Pearson vor, eine kegelförmige Konstruktion zu benutzen. Das Kabel wäre in der Mitte am dicksten, da es dort die größte Spannung auszuhalten hat. Das Kabel könnte als Gegengewicht bis auf 144.000 Kilometer in den Weltraum hinaus verlängert werden, während die erdnahe Hälfte des Turms errichtet würde.
Bekannt wurden diese Ideen in der Öffentlichkeit, als Arthur C. Clarke sie 1978 als Teil eines Romans (The Fountains of Paradise) vorstellte.
In jüngster Zeit werden verstärkt Anstrengungen unternommen, diesen Plan eines Tages in die Wirklichkeit umzusetzen. David Smitherman von der NASA veröffentlichte so zum Beispiel in den 1990er Jahren Space Elevators: An Advanced Earth-Space Infrastructure for the New Millennium [1], ein Bericht, der auf den Ergebnissen einer 1999 im Marshall Flight Center abgehaltenen Konferenz beruht.
Am Anfang des 21. Jahrhunderts wurde festgestellt, dass inzwischen ein Material bekannt ist, was stabil genug wäre: Kohlenstoffnanoröhren. Anfang 2004 ist es einem Wissenschaftlerteam um Alan Windle an der University of Cambridge gelungen, auf der Grundlage dieser Technologie einen längeren Faden herzustellen. Kohlenstoffnanoröhren haben ein bis zu 100 Mal besseres Verhältnis von Zugfestigkeit zu Gewicht als Stahl, und da sie sich prinzipiell in beliebiger Länge herstellen lassen, wären sie als Grundstoff für den Weltraumlift bestens geeignet. Noch ist die Technologie jedoch längst nicht ausgereift: Kohlenstoffnanoröhren sind sehr teuer in der Produktion und können bisher auch nur in sehr begrenzter Zahl hergestellt werden.
Ende Juni 2004 teilte der Leiter des Weltraum-Fahrstuhl-Projekts Bradley Edwards in Fairmont, West Virginia mit, dass schon in 15 Jahren ein Prototyp fertig sein könnte. Für seine Idee hat Edwards die US-Weltraumbehörde NASA begeistert, die durch ihr NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) [2] das Forschungsprojekt mit 500.000 Dollar unterstützt. Weitere 2,5 Millionen Dollar hat der US-Kongress in Aussicht gestellt.
Ein Unternehmen namens LiftPort Group [3] hat es sich zum Ziel gesetzt, einen solchen Weltraumlift zu bauen. Sie haben sogar einen Countdown auf ihrer Website eingerichtet, der das Datum der Fertigstellung auf den 12. April 2018 festlegt.
Technisch bereits realisierbar ist der Vorschlag von Jerome Pearson. Er möchte einen Weltraumlift auf dem Mond installieren. Wegen des niedrigeren Lagrange-Punkts (L1) bei etwa 58.000 km und der im Vergleich mit der Erde geringeren Schwerkraft wäre das benötigte Kabel kürzer und insgesamt niedrigeren Belastungen ausgesetzt. Ein für den Aufzug geeignetes Material nennt sich M5, und es würden nur 6.800 kg davon benötigt, um ein entsprechend langes Seil herzustellen. Die Spule könnte mit einer einzigen Rakete in den Weltraum befördert werden. Jerome Pearson ist Geschäftsführer der Firma Star Technology and Research, Inc., die auf Ihrer Homepage [4] auch über den Mondlift informiert. Die Forschungen von Pearson an dem Projekt werden von der NASA derzeit mit 75.000 Dollar unterstützt.
Auswirkungen
Es wird erwartet, dass ein Weltraumlift die Transportkosten von derzeit 20.000 bis zu 80.000 $ pro kg innerhalb kurzer Zeit auf 200 $ pro kg 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.
Technologie
Die NASA hat die technologischen Anforderungen untersucht und 5 Kernprobleme, die es zu lösen gilt, identifiziert [5]:
- Material für Kabel und Turm
- Errichtung und Kontrolle des Kabels
- Errichtung des Turms als Basisstation
- Elektromagnetische Antriebe
- Ausbau der allgemeinen Weltrauminfrastruktur und Raumfahrtindustrie