Wenn ich Artikel über den Weltraumaufzug lese, frage ich mich immer wieder, wie viel Aufmerksamkeit dem potenziell gelösten Problem der Kabelstärke geschenkt wird und wie wenig Aufmerksamkeit Problemen gewidmet wird, die in keiner Weise gelöst werden können ...
Nehmen wir also an, wir haben ein Fasermaterial mit einer Zugfestigkeit von etwa 100 GPa (10.000 kgf / mm²) und einer Dichte von 1,5 kg / dm³. Mit diesem Material können wir einen Weltraumaufzug bauen. Alles, was Sie tun müssen, ist, eine geostationäre Umlaufbahn von 72.000 km Kabel aus diesem Material zu starten und es dort in zwei Richtungen gleichzeitig abzuwickeln: zur und von der Erde. Irgendwann erreicht eines der Kabelenden die Oberfläche, und wir müssen es nur reparieren, aber auf und ab fahren. Welche Probleme?..
Beginnen wir mit den "kleinen Dingen" - der Masse des Kabels. Das optimale Kabel befindet sich in der Mitte (in der Nähe der geostationären Umlaufbahn) 2-3 mal dicker als an der Erdoberfläche. Aber ich werde bedingt annehmen, dass sein Durchmesser überall gleich 1 cm ist, weil Ich habe nicht die Aufgabe, genaue Zahlen zu erhalten, sondern nur die Reihenfolge zu bewerten. Warum genau 1 cm, nicht 1 mm oder 1 m? Denn ein Kabel mit einem Durchmesser von 1 mm hält nur 7,85 Tonnen Zugbelastung stand. Wenn man bedenkt, dass im besten Fall 90% der Kabelstärke "verbraucht" werden, um das eigene Gewicht aufrechtzuerhalten, wird ein solches Kabel nicht das Gewicht eines modernen großen Satelliten tragen, ganz zu schweigen von Raumschiffen und insbesondere Orbitalstationen. 1 m ist einfach zu viel.
Wir haben also 72.000 km Kabel mit einem Durchmesser von 1 cm und einer Dichte von 1,5. Die Masse dieses Kabels beträgt ungefähr 8500 Tonnen ... Um eine solche Masse in die geostationäre Umlaufbahn zu bringen, sind mehr als tausend Starts schwerer Trägerraketen erforderlich! Anstatt einen Aufzug zu bauen, könnten sie alle Bedürfnisse der Menschheit befriedigen, um Raumschiffe für die kommenden Jahrzehnte in die Umlaufbahn zu bringen. Und dies ist, wenn wir davon ausgehen, dass das Kabel, das in Teilen geliefert wird, die sich bereits im Orbit befinden, zu einer einzigen Einheit mit der erforderlichen Stärke zusammengebaut werden kann ...
Aber der Spaß beginnt als nächstes. Nach verschiedenen Schätzungen gibt es nur in niedrigen Erdumlaufbahnen (Höhen von 200 bis 2000 km) 200.000 bis 300.000 relativ große Objekte - mehr als 1 cm groß. Von diesen sind mehr als 90% nicht größer als 10 cm und daher zu klein für Verfolgung mit dem Radar.
Trotz der großen Anzahl relativ großer Objekte im Orbit sind Kollisionen zwischen ihnen immer noch sehr, sehr selten. Erstens ist sogar die ISS für Weltraumstandards klein, und alles andere ist es noch mehr. Für eine Kollision müssen die Flugbahnen zweier Objekte sehr, sehr nahe beieinander liegen, was an sich unwahrscheinlich ist. Darüber hinaus sollten sich zwei Objekte gleichzeitig am Schnittpunkt der Trajektorien befinden! Dies macht die Kollision zu einem sehr seltenen Ereignis, in der gesamten Geschichte der Astronautik können sie an den Fingern gezählt werden.
Aber was passiert bei einem festen Kabel von enormer Länge? .. Im Durchschnitt überquert jedes dieser Objekte einmal pro Stunde den Äquator. Das heißt, mindestens 200.000 Äquatorüberquerungen pro Stunde. Wenn wir die Fläche der Äquatorialebene, die auf der Höhe niedriger Umlaufbahnen liegt, von 200 bis 2000 km nehmen, dann sind es 85,5 Millionen km². Eine Querschnittsfläche von 1 cm Kabel in einem Höhenabschnitt von 200 bis 2000 km beträgt 0,018 km 2 oder 0,2 Milliardstel der Äquatorialebene. Winzig? Aber wir haben 200.000 Äquatorüberquerungen pro Stunde! Es ist nicht schwer zu berechnen, dass durchschnittlich alle 23.500 Stunden ein Stück Weltraummüll mit einer Größe, die größer als der Durchmesser des Kabels ist, in das Kabel fällt. Das heißt, Es wird garantiert zerstört! Wenn überhaupt, sind 23.500 Stunden 2 Jahre und 8 Monate. Darüber hinaus ist dies eine Obergrenze, weil Diese Berechnung gilt nur für die Größe von Weltraummüll, aber Trümmer mit einem Durchmesser von mehr als 1 cm werden tatsächlich berücksichtigt, was die Wahrscheinlichkeit einer Kollision erheblich erhöht ... Tatsächlich hat das Kabel eine Lebensdauer von etwa einem Jahr oder sogar weniger. Darüber hinaus wird eine Verringerung des Kabelquerschnitts diesen Zeitraum fast nicht verlängern, weil Weltraummüll wird nicht kleiner. Eine Vergrößerung des Querschnitts bringt auch nichts: Ja, ein Messkabel kann nicht weit von jedem Müllstück entfernt töten, aber sie fallen hundertmal häufiger hinein, so dass sie im selben Jahr so schwach werden, dass sie unter ihrem eigenen Gewicht brechen.
Insgesamt haben wir: Wir müssen mit klassischen Raketen so viel Fracht in die geostationäre Umlaufbahn bringen, wie wir in der gesamten Geschichte noch nicht geschafft haben, so dass es im Laufe des Jahres, bis das Kabel mit Weltraummüll abstürzt, sehr billig ist, Fracht in die Umlaufbahn zu laden ... Lassen wir die Klammern, was das fallende Kabel verursacht, insbesondere wenn es nicht in der Nähe der Erde, sondern irgendwo näher an der geostationären Umlaufbahn getötet wird.
PS Wenn überhaupt, träume ich leidenschaftlich von groß angelegter Weltraumforschung. Damit mein Traum Wirklichkeit wird, sollten Geld und Anstrengungen auf jene Projekte gerichtet werden, die zumindest langfristig Wirkung zeigen können. Der Weltraumaufzug gilt jedoch leider nicht für solche Projekte: Eine groß angelegte Weltraumforschung garantiert, dass nur mehr Weltraummüll vorhanden ist, und für die Sicherheit des Kabels sollte er zehnmal kleiner sein, d. H. einer schließt den anderen aus.