Das Streben der Menschheit, den Weltraum zu erforschen und vielleicht schließlich auch zu kolonisieren, hat zu vielen Ideen darüber geführt, wie genau man dabei vorgehen soll.
Während die gängige Meinung besagt, dass der Weltraumstart mit Raketen der beste Weg ist, Menschen in die Umlaufbahn zu befördern, wurden auch andere Methoden ohne Raketen vorgeschlagen, darunter ein futuristischer „Weltraumaufzug“.
Das Konzept eines Weltraumaufzugs – im Wesentlichen ein himmelhohes Kabel, das es Menschen ermöglichen würde, in den Weltraum zu gelangen – wurde von einigen Branchenexperten als eine Möglichkeit befürwortet, die astronomischen Kosten zu überwinden, die mit der Beförderung von Menschen und Fracht in den Weltraum per Rakete verbunden sind, sagt Alberto de la Torre, Assistenzprofessor für Physik an der Northeastern.
„Aktuelle Startsysteme sind überwiegend für den einmaligen Gebrauch bestimmt und übersteigen typischerweise 10.000 US-Dollar pro Kilogramm Nutzlast, was insgesamt etwa 60 Millionen US-Dollar pro Start entspricht“, sagt de la Torre. „Hier sind Weltraumaufzüge attraktiv.“
Der Weltraumaufzug wurde erstmals im späten 19. Jahrhundert vom russischen Raketenwissenschaftler Konstantin Tsiolkovsky vorgestellt und würde sich vom Boden aus durch die Atmosphäre und dann über eine „geostationäre Umlaufbahn“ hinaus erstrecken, eine Höhe, in der Objekte im Weltraum – angezogen durch die Schwerkraft der Erde – mehr oder weniger umkreisen weniger zusammen mit seiner Rotation. Die geostationäre Umlaufbahn liegt etwa 22.236 Meilen über der Erdoberfläche.
Tatsächlich würde ein Kabel von einer Satellitenstruktur herabsteigen, die in einer geostationären Umlaufbahn verankert ist und als „Gegengewicht“ zur Erde dienen würde.
Theoretisch würde ein außerhalb der geostationären Umlaufbahn positionierter Satellit das Kabel durch eine Kombination von Kräften stabilisieren: die Anziehungskraft der Erde, die vom Boden aus eine Abwärtskraft auf das Kabel ausüben würde, und die Zentrifugalkraft seiner Rotation, die eine Aufwärtskraft ausüben würde Kraft aus dem Weltraum auf das Kabel. Das Zusammenspiel der Kräfte würde eine ideale Spannung – eine Spannung – erzeugen, die notwendig ist, um ein Kabel dieser Länge zu halten, sagt de la Torre.
„Das Schlüsselelement eines Weltraumaufzugs ist sein Kabel, das am Erdäquator positioniert und mit der Erdrotation synchronisiert ist“, sagt de la Torre.
Für einen Weltraumaufzug gibt es keinen Proof of Concept. Zwar gab es mehrere Versuche architektonischer Entwürfe, darunter kürzlich einen preisgekrönten Entwurf eines britischen Architekten ein sechsstelliger PreisZahlreiche technische Hindernisse hielten den Weltraumaufzug jahrzehntelang außer Reichweite.
„Ein Kabel dieser Länge [more than 22,236 miles above the Earth] ist mit Standardmaterialien nicht machbar“, sagt de la Torre. „Wenn es aus Stahl besteht, übersteigt die maximale Spannung, der es im geostationären Orbit ausgesetzt ist, seine Zugfestigkeitsbewertung um mehr als das 60-fache.“
Für einen erdgestützten Weltraumaufzug seien Strategien zur Reduzierung der Zugkräfte oder die Fähigkeit eines Materials, Spannungen standzuhalten, entscheidend, sagt er.
Aber es gibt einige Materialien, die vielversprechend sind. Bornitrid-Nanoröhren, Diamant-Nanofäden und Graphen – alles Materialien mit „geringer Dichte und hoher Zugfestigkeit“ – könnten die Anforderungen erfüllen, sagt de la Torre.
„Kohlenstoffnanoröhren gelten aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit als ideales Material“, sagt er. „Jüngste Forschungen haben Bedenken hinsichtlich der Machbarkeit einer Übertragung ihrer nanoskaligen Eigenschaften auf Megastrukturen geweckt.“
Langfristig verspricht der Weltraumaufzug, Reisen ins Weltall deutlich wirtschaftlicher zu machen. „Die Kosten für die Beförderung einer Nutzlast außerhalb einer geostationären Umlaufbahn können auf nur wenige hundert Dollar pro Kilogramm gesenkt werden“, sagt de la Torre.
„Während die Anfangsinvestition in einen Weltraumaufzug möglicherweise erheblich ist – vergleichbar mit den Kosten für die Entwicklung und den Start des James-Webb-Weltraumteleskops in die Umlaufbahn – könnten sich die Kosten nach dem erfolgreichen Start von nur wenigen Tonnen Nutzlast amortisieren“, sagt er.
„Angesichts der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Materialwissenschaften, der Weltraumtechnologie und des Ingenieurwesens sollte das Konzept von Weltraumaufzügen in nicht allzu ferner Zukunft nicht ausgeschlossen werden“, sagt de la Torre.
Bis diese Durchbrüche in der Materialwissenschaft eintreten, wird der Weltraumaufzug möglicherweise weiterhin nur als Futter für Science-Fiction-Enthusiasten dienen.
„Weltraumaufzüge versprechen im Wesentlichen, die Menschheit in eine weltraumfahrende Zivilisation zu verwandeln“, sagt de la Torre. „Sie könnten eine sichere und kosteneffiziente Möglichkeit darstellen, die schweren Nutzlasten in die Umlaufbahn zu bringen, die für hypothetische Raumstationen, den Asteroidenabbau oder die Entwicklung außerirdischer Lebensräume benötigt werden.“
Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Northeastern Global News erneut veröffentlicht news.northeastern.edu.