Der Weltraumaufzug sei noch „25 Jahre von der Realität entfernt“.
2024-08-24
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Bildbeschreibung: Weltraumaufzug, entworfen von der japanischen Obayashi-Gruppe
Bildbeschreibung: Konzeptkarte eines Weltraumaufzugs veröffentlicht auf der britischen Website „New Scientist“.
Unser Sonderkorrespondent Chen Yang
Der Höhepunkt der ersten Hälfte des im letzten Jahr erschienenen Science-Fiction-Films „The Wandering Earth 2“ war ein heftiger Kampf im Weltraumaufzug. Tatsächlich schlug das berühmte japanische Bauunternehmen Obayashi Group bereits 2012 einen Plan zum Bau eines Weltraumaufzugs vor, der 2025 beginnen und 2050 abgeschlossen sein sollte. Wie ist der Fortschritt des Projekts, da die Frist immer näher rückt? Viele ausländische Medien interviewten das Unternehmen und Branchenexperten und beklagten, dass der Weltraumaufzug offenbar noch „25 Jahre“ von der Realität entfernt sei.
Was sind die Schritte zum Bau eines Weltraumaufzugs?
„Nihon Keizai Shimbun“ erklärte kürzlich, dass die Obayashi-Gruppe, nachdem sie den Bau des 634 Meter hohen Tokyo Skytree im Jahr 2012 abgeschlossen hatte, ehrgeizig einen Plan zum Bau eines Weltraumaufzugs vorschlug und sich zum Ziel gesetzt hatte, mit dem Bau im Jahr 2025 zu beginnen und ihn im Jahr 2025 fertigzustellen 2050. Auf der Tokyo International Information Technology Exhibition im Juni 2024 hielt Yasuhiro Buchida von der Abteilung für die Schaffung zukünftiger Technologien des Technologiehauptquartiers, die für die Entwicklung des Weltraumaufzugsprojekts verantwortlich ist, jedoch eine Rede mit dem Titel „Obayashi Group·Space Elevator and its.“ „Perspektiven“ Shi gab zu, dass noch eine Menge Probleme gelöst werden müssen und dass bis zum Baubeginn noch ein langer Weg vor uns liegt.
Berichten zufolge wurde die früheste Idee eines Weltraumaufzugs 1895 vom russischen Wissenschaftler Konstantin Tsiolkovsky, bekannt als „Vater der Luft- und Raumfahrt“, vorgeschlagen. Inspiriert vom Eiffelturm in Paris stellte er sich den Bau eines superhohen Turms auf dem Boden vor, der eine geosynchrone Umlaufbahn erreichen und dann mit einem internen Aufzug in den Weltraum gelangen würde.
Tsiolkovskys Idee hat sich seitdem mehrmals geändert, und nun ist die Idee eines Weltraumaufzugs im Wesentlichen fertiggestellt: Die Verbindung der Raumstation mit der Erdoberfläche über superstarke Strukturkabel, die problemlos Menschen und Fracht von und zur Raumstation transportieren können Himmel und die Erde. Der detaillierte Entwurfsplan der Dalin-Gruppe sieht die Errichtung einer „Erdhafen“-Basis am Äquatormeer vor und die Verbindung von Weltraumeinrichtungen auf unterschiedlichen Umlaufbahnhöhen über Kabel aus Kohlenstoffnanoröhrenmaterialien. Beispielsweise wird in einer erdnahen Umlaufbahn mit einer Höhe von etwa 300 Kilometern ein „Low Earth Orbit Satellite Release Gate“ angeordnet, von dem aus von der Erde transportierte künstliche Satelliten in die Umlaufbahn entlassen werden können; In einer geostationären Umlaufbahn mit einer Höhe von 36.000 Kilometern besteht die „Station“ aus Wohneinheiten, Versuchseinheiten, Außenfahrzeugen usw.; an der Spitze von 96.000 Kilometern befindet sich ein Gegengewicht, um die gesamte Struktur auszubalancieren. Darüber hinaus werden experimentelle Einrichtungen wie das „Mars Gravity Center“ und das „Moon Gravity Center“ entsprechend den Schwerkraftverhältnissen in unterschiedlichen Höhen (Schwerkraft entspricht der auf dem Mars oder dem Mond) aufgebaut. Nach dem Plan der Dalin-Gruppe soll ein „Aufzug“ mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 Kilometern pro Stunde vom Boden aus in etwa einer Woche die geostationäre Umlaufbahn erreichen.
Die Dalin-Gruppe schlug sogar eindeutig eine bestimmte Bauweise vor: Zuerst ein Raumschiff für den Bau eines Weltraumaufzugs in einer Höhe von 300 Kilometern zusammenbauen, dann das Raumschiff in eine geostationäre Umlaufbahn bringen, Kohlenstoffnanoröhrenkabel vom Raumschiff nach unten lösen und mit dem Boden verbinden Anschließen und sichern, dann den Lift an den Kabeln montieren. Aufzüge transportieren Materialien zwischen der Erde und dem Weltraum, um Raumstationen und andere Einrichtungen zu bauen. „Es wird geschätzt, dass insgesamt 510 Kabelverstärkungen erforderlich sein werden und die Fertigstellung insgesamt etwa 20 Jahre dauern wird“, sagte Yasuhiro Buchida.
Das idealste Transportmittel zwischen Himmel und Erde
Auf der US-Website „Business Insider“ hieß es, der Weltraumaufzug könne als „Traumtransportfahrzeug von der Erde ins All“ bezeichnet werden. Das größte Problem für Menschen beim Betreten des Weltraums besteht derzeit darin, dass die Kosten für den Transport von Menschen und Materialien in den Weltraum zu hoch sind. Beispielsweise schätzt die NASA, dass jede der vier Artemis-Mondmissionen 4,1 Milliarden US-Dollar kosten wird. Selbst die derzeit niedrigsten Startkosten der wiederverwendbaren Trägerrakete Falcon 9 von SpaceX belaufen sich auf durchschnittliche Startkosten von 1.227 US-Dollar pro Pfund (ungefähr 2.700 US-Dollar pro Kilogramm). Dies liegt daran, dass der Einsatz herkömmlicher Raketen für den Eintritt in den Weltraum eine große Treibstoffmenge mit sich führen muss, der Treibstoff selbst jedoch sehr schwer ist, was wiederum die Treibstoffmenge erhöht, die mitgeführt werden muss, wodurch ein Teufelskreis entsteht. Für eine Weltrauminfrastruktur, die den Transport von Baumaterialien in großem Maßstab erfordert, ist dieser Mangel herkömmlicher Raketen einfach unerträglich. Im Gegensatz dazu benötigt ein Weltraumaufzug weder Raketen noch Treibstoff, wodurch dieser Nachteil nahezu vollständig vermieden wird. Weltraumaufzüge sind in der Regel so konzipiert, dass sie den Aufzug mit elektromagnetischer Technologie antreiben, und sie können mithilfe von Solar- oder Mikrowellentechnologie Energie aus der Ferne übertragen, sodass kein Treibstoff benötigt wird.
Dem Bericht zufolge wird in dem von der Abteilung für die Entwicklung zukünftiger Technologien der Dalin Group herausgegebenen Projektbericht zum Weltraumaufzug erwähnt, dass der Weltraumaufzug Fracht zu einem auf 57 US-Dollar pro Pfund reduzierten Preis transportieren kann Die von anderen Behörden auf 227 US-Dollar pro Pfund geschätzten Kosten liegen weit unter den Kosten herkömmlicher Trägerraketen. Darüber hinaus sind herkömmliche Raketen durch die Größe der Verkleidung begrenzt und die zu transportierende Nutzlast darf nicht zu groß sein. Der Weltraumaufzug hat in dieser Hinsicht viel geringere Einschränkungen. Gleichzeitig arbeitet der Aufzug langsamer als eine Rakete, kann aber Vibrationen reduzieren, was für den Transport empfindlicher Geräte in die Umlaufbahn sehr wichtig ist.
Die Technologie zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren ist noch unausgereift
„Nihon Keizai Shimbun“ erklärte, dass der Weltraumaufzug bisher im Fantasiestadium stecken geblieben sei, weil es an Materialien mangelte, die sowohl leicht als auch stabil seien, um ultralange Kabel herzustellen, die die Erde und den Weltraum verbinden. Kabel müssen extrem stark sein, um ihrem enormen Eigengewicht und den Belastungen durch Weltraumeinrichtungen standzuhalten. Berechnungen zufolge reicht die Leistung herkömmlicher Metallmaterialien wie Stahl bei weitem nicht aus, um die Anforderungen von Weltraumaufzugskabeln zu erfüllen. Ein weiteres Problem ist die durch die Reibung zwischen Aufzug und Kabeln entstehende Wärme: Im Vakuum des Weltraums lässt sich Wärme nur schwer abführen.
Aber diese Situation änderte sich 1991 – das leichte, hochfeste Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Material wurde entdeckt und der Weltraumaufzug ist seitdem realisierbar. Berichten zufolge kann die Festigkeit von Kohlenstoffnanoröhren theoretisch bis zu 200 Gpa erreichen, was bedeutet, dass 200 Kohlenstoffnanoröhren dünner als ein Haar ein Auto hochziehen können. Es vereint die Vorteile von Polymeren und Metallen. Seine Dichte beträgt nur 1/6 der von Stahl, aber sein Elastizitätsmodul ist fünfmal so hoch wie die von Stahl, seine Zugfestigkeit ist 100-mal so hoch wie die von Stahl und seine Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur ist ebenfalls weit entfernt höher als bei anderen Metallmaterialien. Daher hält die Dalin-Gruppe Kohlenstoffnanoröhren auch für ein ideales Material zur Herstellung ultrahochfester Kabel für Weltraumaufzüge.
Nach Obayashis Plan werden zukünftige Weltraumaufzugskabel jedoch nicht aus mehreren Kohlenstoffnanoröhren bestehen, um die Festigkeit zu erhöhen, sondern müssen zu einer einzigen Kohlenstoffnanoröhre mit einer Länge von 96.000 Kilometern und Molekülen untereinander verbunden werden. Auf der Tokyo International Information Technology Exhibition im Juni gab der zuständige Verantwortliche bekannt, dass derzeit nur weniger als 1 Zentimeter Kohlenstoffnanoröhren hergestellt werden können, die den entsprechenden Anforderungen entsprechen. Daher wurde in dem Bericht eingeräumt, dass die Dalin Group immer noch den groß angelegten Herstellungsprozess von Kohlenstoffnanoröhren als Kabelmaterialien untersucht.
Vor größeren technischen Herausforderungen stehen
Die amerikanische Website „Fun Engineering“ erwähnte, dass der Weltraumaufzug neben dem Fehlen geeigneter Kabelmaterialien auch mit verschiedenen anderen technischen Herausforderungen konfrontiert sei. Beispielsweise gibt es immer mehr Weltraumschrott im Weltraum und die Bedrohung für Raumfahrzeuge im Orbit nimmt weiter zu. Derzeit passt die Internationale Raumstation ihre Betriebshöhe hauptsächlich an, um mögliche Kollisionen zu vermeiden, aber für einen Weltraumaufzugsaufbau mit einer Masse, die weitaus größer ist als die der Internationalen Raumstation, ist es viel schwieriger, seine Umlaufbahn anzupassen. Gleichzeitig sind die Kabel des Weltraumaufzugs auch Gefahren durch extreme Wetterbedingungen wie Einschläge von Weltraumschrott, starke kosmische Strahlung und starke Temperaturunterschiede, Stürme und Blitzeinschläge in der Atmosphäre ausgesetzt. Es gibt keinen klaren Plan, wie mit diesen umgegangen werden soll Herausforderungen.
Um sicherzustellen, dass der Weltraumteil des Weltraumaufzugs außerdem mit dem Bodenteil synchronisiert ist, muss er am Äquator gebaut werden. Derzeit befinden sich die meisten Länder mit relevanten Luft- und Raumfahrtbaukapazitäten auf der Nordhalbkugel. In Verbindung mit den riesigen unterstützenden Einrichtungen und dem enormen Arbeitsaufwand stellt der Weltraumaufzug bestimmte Anforderungen an die Transportbedingungen in der Nähe. Dies ist auch der Hauptaspekt der Dalin-Gruppe bei der Auswahl der Offshore-Basis für ihren Baustandort. Auf der Website „Fun Project“ wurde jedoch erwähnt, dass sich das Meeresklima stark verändert und es zu Stürmen kommen kann. Gleichzeitig sind die damit verbundenen Sicherheitsherausforderungen größer und es ist anfällig für Terroranschläge auf See. Schließlich sind die damit verbundenen Baukosten extrem hoch, und das Obayashi-Team schätzt die Kosten auf mehr als 1 Billion Yen (ungefähr 6,8 Milliarden US-Dollar).
Obwohl der kanadische Physiker Stephen Cohen und andere zu Beginn dieses Jahrhunderts optimistisch schätzten, dass der Weltraumaufzug in nur 20 bis 30 Jahren Realität werden könnte, räumt Yasuhiro Buchida nun ein, dass das Projekt die Zusammenarbeit aller Parteien erfordert, und sucht immer noch nach Kooperationen . Partner. ▲#deepgoodarticleplan#
