Lange ein Witz, der unter leitenden Angestellten in Fabriken und Werften verwendet wurde, um neue Rekruten auf eine erfolglose Suche zu schicken, Skyhooks könnten eines Tages tatsächlich eine echte Sache werden. Im letzteren Sinne ein Skyhook, wie der Name schon sagt, ist ein theoretisches Impulsübertragungsgerät, das als alternative Möglichkeit zum Starten von Raumfahrzeugen verwendet werden könnte.
Basierend auf einem sehr alten Prinzip, ähnlich dem hinter einigen der alten Kriegsmaschinen vor dem Schießpulver, ist der Skyhook eine perfekte Mischung aus unserer Vergangenheit und unserer nahen bis mittleren Zukunft.
Zu den technischen Details aber später mehr.
Diese Strukturen sind unglaublich interessant und könnten nur unsere Eintrittskarte sein, um Astronauten und all ihre Sachen in ferne Welten zu schicken. Wer weiß, vielleicht werden sie sogar die Kraftpakete für den Bau einer galaxieübergreifendes Reich?
Aber lassen Sie uns nicht zu weit vorgreifen. Was genau sind diese Dinge und warum sind sie möglicherweise so revolutionär für die Weltraumforschung?
Halten Sie sich fest und genießen Sie die Fahrt.
Was sind Skyhooks?
Skyhooks sind vielleicht das Beste, was der Weltraumforschung seit der Erfindung des Weltraumteleskops passieren kann. Relativ einfach zu bauen und zu bedienen, könnten sie die Weltraumforschung und das Reisen für unsere Spezies zu einer routinemäßigeren Angelegenheit machen.
Laut verschiedene Studien, eine solche Struktur könnte mit unseren aktuellen technologischen Kenntnissen und Materialien gebaut werden. Eine solche Struktur wäre vollständigwiederverwendbar mit sehr hoher Treibstoffeffizienz und könnte die Startfähigkeit bieten, die für zukünftige planetare Wissenschaftsmissionen benötigt wird.
Interessanterweise sind ähnliche, auf Impulsübertragung basierende Raumfahrzeug-Startsysteme keine neue Idee.Konstantin Tsiolkovsky zum Beispiel wird weithin das Konzept mehrstufiger Raketenfahrzeuge zugeschrieben, aber er schlug bereits 1895 einen innovativen Orbitalturm vor.
Die Idee unterschied sich zwar geringfügig vom modernen Konzept eines Skyhooks, inspirierte jedoch spätere Wissenschaftler, auf dem Konzept aufzubauen. Zum Beispiel machte Yuri Artsutanov 1960 den ersten realistischen Vorschlag für diese Art von Struktur, c alles ein "Weltraumaufzug". Ein ähnliches Konzept wurde später unabhängig von den USA entwickelt, als der Begriff "Skyhook" wurde zuerst geprägt.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass "Weltraumaufzüge" sind eine deutlich andere Lösung. Skyhooks wären viel kürzer und würden im Gegensatz zu Weltraumaufzügen niemals die Erdoberfläche berühren. "Weltraumaufzüge" wären ebenfalls geostationäre Strukturen, während Skyhooks nicht wirklich notwendig sind, um ihrerelative Position zur Erdoberfläche.
Die meisten Vorschläge für einen Skyhook besteht aus einem rotierenden Satelliten mit einem sehr langen Halteseil auf der einen Seite und einem kleinen Halteseil mit einem Gegengewicht auf der anderen Seite. Während eines Starts aRaumfahrzeug wird an der langen Halteseilseite befestigt und wird durch die Rotation in den Weltraum geschleudert.
Die Idee ist, dass ein Raumfahrzeug mit dem längeren Halteseil in einer erdnahen Umlaufbahn andocken würde und einen Drehimpuls aufbauen würde, wenn sich der Skyhook drehte, während es gleichzeitig die Erde umkreiste. Sobald das längere Halteseil seine maximale Entfernung von der Erde erreicht hat, wird dieRaumschiffe würden freigesetzt und in den Weltraum geschossen.
Allerdings wäre es nicht möglich, ein solches Gerät weiterhin für einfache Fahrten ins All zu verwenden. Es würde bald der Drehimpuls ausgehen und der Satellit würde aufhören, sich zu drehen.
Um dem entgegenzuwirken, wäre es notwendig, einen Mechanismus zum "Wiederaufladen" des Skyhooks hinzuzufügen. Dies könnte mit irgendwelchen Triebwerken oder anderen Mitteln zum Auffüllen der verlorenen Energie erfolgen.
Eine Lösung könnte darin bestehen, den Skyhook in umgekehrter Richtung zu verwenden, damit er Energie von ankommenden Raumfahrzeugen in Vorbereitung auf den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre "ausblutet".
Dies würde bedeuten, ein sich schnell bewegendes Raumfahrzeug oder eine andere Nutzlast in einer hohen Umlaufbahn zu "fangen" und sie dann zu verlangsamen, damit sie in einer niedrigen Umlaufbahn freigesetzt werden kann. Darüber hinaus könnte dem Skyhook zusätzliche kinetische Energie mit elektromagnetischen oderbei Bedarf auch Raketenantriebe.
Theoretisch ermöglicht dies die Verwendung des Skyhooksad infinitum. Natürlich, solange die strukturelle Integrität des Skyhooks erhalten bleibt.
Versuchen Sie, eine solche Rendite aus anderen wiederverwendbaren Alternativen zu erzielen, die sich derzeit in der Entwicklung befinden.
Wofür würden Skyhooks verwendet werden?
Derzeit ist die einzige praktische Möglichkeit, Dinge von der Erdoberfläche in den Weltraum zu bringen, sie an einen Riesen zu schnallenkontrollierte Explosionen – Raketen. Dies ist sehr teuer, technologisch anspruchsvoll und bis vor kurzem bei SpaceX usw. sehr verschwenderisch.
Die meisten existierenden Trägerraketen, wie Raketen, verbrauchen eine große Menge Treibstoff, um die immense Gravitationskraft der Erde zu überwinden und in den Weltraum zu gelangen. Tatsächlich ist dieses Unternehmen so kostspielig, dass der größte Teil der Masse und des Designs einer Rakete gegeben isthin zur Lagerung dieses Treibstoffs, was den eigentlichen Grund für den Weltraumflug darstellt Astronauten mit der Fähre oder Nutzlasten wie Satelliten oder die ungerades Tesla-Auto etwas im Nachhinein.
Die meisten Raketen müssen eine Geschwindigkeit von etwa 24.855 mph 40.000 km/h erreichen, um der Erde zu entkommen. Dies bedeutet, dass der größte Teil der Raketenmasse aus Treibstoff und Behältern für den Treibstoff besteht. Als Folge davon ist nur ein kleiner Teil derdie Rakete besteht aus der Nutzlast.
Dies ist etwas erträglich, um Dinge in die Umlaufbahn zu bringen, aber ein gravierender Nachteil, wenn wir im Sonnensystem weiter weg wollen, wie auf einen anderen Planeten. Ein solches Unterfangen, insbesondere für eine langfristige Kolonisation, würde eine ganze Menge erforderndes Materials.
Ein solches Unterfangen würde mit unserer aktuellen Technologie erfordern, durch eine Reihe von Raketenstarts Zeug im Weltraum zu lagern, bevor wir beispielsweise zum Mars reisen.Synthesezubehör unterwegs, oder vor Ort.
Könnte es eine Möglichkeit geben, Dinge mit weniger Treibstoff und mehr wirklich nützlichen Dingen in den Weltraum zu bringen? Es könnte einfach sein.
Skyhooks könnten viele der Nachteile von Raketen beseitigen. Wenn einer gebaut werden könnte, könnte die Raumfahrt sehr billig werden und würde theoretisch viele der Hauptprobleme mit besonders großen Nutzlasten lösen.
Trotz seiner klaren Vorteile würde es uns jedoch immer noch erfordern, in eine niedrige Erdumlaufbahn zu gelangen. Dies liegt an den inhärenten Reibungsproblemen mit der Erdatmosphäre.
Realistisch gesehen hätte ein Skyhook die maximale Ausdehnung seiner Startleine in einer Höhe zwischen 62 Meilen 100 km und 93 Meilen 150 km. In diesen Höhen ist die Erdatmosphäre relativ dünn bis gar nicht vorhanden.
Jede niedrigere und Luftreibung würde die Effizienz des Skyhooks erheblich beeinträchtigen, was möglicherweise zu einer erheblichen Verlangsamung der gesamten Struktur führt, was letztendlich zu katastrophalen Auswirkungen mit führt.Terra Firma.Werbung
Das Raketenflugzeug X-15 hält immer noch den Rekord für das schnellste jemals von Menschen gebaute Flugzeug. Quelle:
speziell entworfene Shuttles könnte anstelle von Mini-Raketen verwendet werden, um als eine Art Taxidienst zu fungieren. Dies müssten jedoch an und für sich sehr ausgeklügelte Ausrüstungsgegenstände sein.Ein solches Fahrzeug müsste knapp außerhalb der Atmosphäre fliegen und Geschwindigkeiten von mehr als etwa 12.000 km/h erreichen, um das Seil des Skyhooks tatsächlich einzuholen. Derzeit ist das schnellste Ding am Himmel die
Amerikanisches X-15-Schiff. Dies kann beeindruckend reisen
Mach 6,7 8.273 km/h, aber auch das ist nicht schnell genug. Aber es fehlt auch die Obergrenze, um an die Leine zu kommen. Die SR-71, die immer noch den Rekord für das höchstfliegende Flugzeug hält, kann nur erreichen 90.000 Fuß ca. 27,4 km über dem Meeresspiegel, das ist beeindruckend, aber immer noch nicht genug. Aus diesem Grund müssen, wenn sich eine zukünftige Kombination von X-15 und SR-71 als technisch zu anspruchsvoll erweist, stattdessen wahrscheinlich kleine wiederverwendbare Raketen entwickelt werden.
Hier kommen Entwicklungen von Firmen wie
Blauer Ursprung und SpaceX könnte sich als entscheidend erweisen. Skyhooks benötigen die Entwicklung kleiner Raketen oder zuverlässiger Weltraumflugzeuge. Quelle:
Der geschäftliche Aspekt dieses Weltraum-Trebuchets wäre folglich in der Lage, eine Nutzlast Zeug oder ein Raumfahrzeug mit potenziell sehr hohen Geschwindigkeiten zu starten. Abhängig von der Konstruktion die meisten Vorschläge erfordern tendenziell, dass die Nutzlast zu niedrigErdumlaufbahn würde ein solch relativ einfacher Aufbau die Raumfahrt erheblich billiger und effizienter machen.
Ein Skyhook
in einer Umlaufbahn in einer Höhe von 1.000 km über der Erde, mit einem 559 Meilen 900 km langen Halteseil, müsste mit 12.035 mph 19.368 km/h reisen und sich alle 53 Minuten um seine Achse drehen. Mit diesen Abmessungen muss das Raumfahrzeugwird zum Zeitpunkt der Veröffentlichung mehr als 26.770 mph 26.770 km/h in einer Höhe von 1.181 Meilen 1.900 km zurücklegen. Dies ist nicht ganz die volle Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um der Anziehungskraft der Erde zu entkommen, aber ein schneller Raketenstart und kein Luftwiderstand macht dies relativ einfach.
Alles in allem sollte dies, abhängig von den Abmessungen des Skyhooks, bedeuten, dass sich das Schiff in einer niedrigen Umlaufbahn mit dem Halteseil verbinden, bis zum vollen Umfang des Halteseils über der Erde gedreht und in etwa 25 Minuten freigegeben werden kann. Nicht zu schäbig.
Wenn wir mehrere dieser Strukturen um die Erde und andere Himmelskörper wie den Mond oder den Mars bauen würden, könnten sie zusammen verwendet werden, um Raumschiffe zu liefern, zu empfangen und zurückzugeben, fast so routinemäßig wie den Zug zu nehmenein paar Baseballspieler, die im Hinterhof Bälle werfen und fangen.
Skyhooks könnten das Ass im Ärmel sein, um unser Schicksal zu verwirklichen, die Sterne zu kolonisieren. Quelle:
Marsmonde, könnte auch modifiziert werden, um als noch gewaltigere Skyhooks zu fungieren. Wenn wir dies tun würden, würde es einen wichtigen Teil der transsolaren Systeminfrastruktur bilden.Eine solche Mischung aus künstlichen und natürlichen Satelliten könnte bedeuten, dass unsere Spezies schnell, effizient und kostengünstig zu den meisten Planeten in unserem Sonnensystem reisen und Dinge hin und her schicken könnte. Es könnte sogar das Geheimnis sein, die Vorteile voll auszuschöpfenenorme Menge an Ressourcen, die im Asteroidengürtel und darüber hinaus zu finden sind.
Das Potenzial für diese Art von Setup ist so groß, dass es die interplanetare Reise um Monate innerhalb unseres Sonnensystems auf Jahre/Jahrhunderte darüber hinaus drastisch reduzieren könnte.
Es ist wirklich ein sehr vielversprechendes Stück Technologie – in Bezug auf die Erforschung des Universums um uns herum.
Würden Skyhooks die Weltraumforschung einfacher und billiger machen?
Abgesehen von den anfänglichen Kapital- und Materialkosten, um den Skyhook überhaupt zu bauen, wie viel billiger würde ein Skyhook die Raumfahrt machen?
Die Antwort ist viel.
Um eine Art Back-of-a-Zigarette-Packet-Rechnung durchzuführen, verwenden wir
Heavy Falcon von SpaceX zum Vergleich. Derzeit kostet jeder Start dieser Rakete etwa 115.000.000 US-Dollar.Quelle:
Wenn wir einen funktionierenden Skyhook hätten, müssten wir diese Höhe über der Erde nicht erreichen. Tatsächlich nur etwa ein Zehntel des Weges. Wir müssten auch nicht ganz so schnell gehen.
Denken Sie daran, dass eine Rakete Treibstoff braucht, um abzuheben, mehr Treibstoff, um sich selbst und Treibstoff in die Umlaufbahn und darüber hinaus zu befördern. Da wir nicht so hoch oder so schnell fliegen müssen, können wir die Größe drastisch reduzieren.Gewicht und vor allem Treibstoffreserven, die mit anderen Raketen wie dem Heavy Falcon von SpaceX verwendet werden.
Aus diesem Grund sollte es möglich sein, die Größe von Skyhook-Taxiraketen um bis zu 86 Prozent zu reduzieren, geben oder nehmen. Wir sollten immer noch in der Lage sein, die gleiche Nutzlast wie die des Heavy Falcon zu heben, aber zu einem Bruchteil vondie Kosten.
Angenommen, eine solche Rakete könnte gebaut werden, sollten wir in der Lage sein, jeden Start auf nur 12.600.000 US-Dollar zu reduzieren - eine massive Ersparnis von 77.400.000 US-Dollar!
Also definitiv billiger. Aber was ist mit einfacher?
Der anfängliche Bau wäre natürlich sehr technisch anspruchsvoll, aber das ist erst der Anfang.
Um den Skyhook tatsächlich effektiv zu nutzen, würde ein hervorragendes Timing erforderlich sein. Dies liegt daran, dass sich das Halteseil des Skyhooks nur für maximal ein paar Minuten am nächsten Punkt befinden würde. Aus diesem Grund muss sich jedes Andockfahrzeug an der richtigen Stelle befindendie richtige Zeit.
Glücklicherweise können wir wahrscheinlich Computer verwenden, um die ganze schwere Arbeit in Bezug auf die notwendigen Berechnungen zu erledigen. Aber trotzdem wird dies keine einfache Aufgabe sein.
Ein Skyhook würde normalerweise näher an der Erde kreisen als die ISS. Quelle:
Der Hauptankersatellit muss jederzeit eine präzise Umlaufbahn beibehalten und sich gleichzeitig um seine Achse drehen. Aus diesem Grund ist ein Gegengewicht ein Muss, um sicherzustellen, dass sich der Satellitenanker in einer vorhersehbaren Weise dreht und umkreist.
Die Hauptleine selbst muss auch aus etwas sehr Zähem bestehen. Aus diesem Grund eine Substanz namens
Zylon, oder Carbon Nanotubes, könnte die Aufgabe erfüllen. Zylon ist eine synthetische Faser, die derzeit verwendet wird, um starke, leichte Komponenten wie die Sicherheitskabine in einsitzigen Rennwagen, wie sie in der Formel 1 verwendet werden, herzustellen. Dieses Material ist über eineinhalb Mal stärker als Kevlar und verändert die Länge bei starker Spannung kaum. Alles sehr nützliche Eigenschaften.
Könnten wir jemals wirklich einen Skyhook bauen?
Kurz gesagt ja. Tatsächlich ist es schon sozusagen fertig geworden - nur auf einer
viel bescheidenerer Maßstab.Um einen "echten" Skyhook zu bauen, wäre ein erheblicher Zeit- und Ressourcenaufwand erforderlich. Aber einmal gebaut, könnte ein Skyhook viele Jahre lang verwendet werden.
Abhängig vom Design, aber in den meisten Fällen wäre eine Tether-Lösung am besten, das größte Problem besteht darin, das richtige Material für das Tether-Kabel zu finden.
Quelle:
Letzteres ist ein relativ einfacher zu lösendes Problem, da wir das Material einfach zu einem Faden aus überflüssigen Fasern verweben könnten. Wenn eine bestimmte Faser einen Schlag erleidet oder sich verschlechtert, wird der Rest nicht unversehrt bleiben.
Wir haben bereits die Mittel dazu, also fragen Sie sich vielleicht: "Warum finanzieren wir das nicht?"
Der erste Grund, obwohl nicht unbedingt ein tatsächliches "Problem" an sich, ist, dass eine solche Struktur die Raketenindustrie über Nacht obsolet machen könnte. Da so viele Privatunternehmen derzeit ihre Zukunft auf wiederverwendbare Raketen setzen, gibt es wenig Anreiz für sie,einen Skyhook Wirklichkeit werden lassen.
Allerdings und wahrscheinlich am wichtigsten ist das Problem des Weltraummülls. Nach aktuellen Schätzungen gibt es mehr als
9.500 Tonnen Müll die Erde umkreisen laut ESA zum Zeitpunkt des Schreibens.Die Überreste von jahrzehntelangen Raketenstarts, diese Trümmerstücke reichen von ziemlich großen Brocken bis hin zu fast nicht nachweisbaren mikroskopischen Stücken. Dies ist alles ein echtes Problem für so etwas wie einen Skyhook, da er völlig leeren Raum braucht, um sich sicher zu drehenHinzu kommt der noch nicht vollständig erforschte Sicherheitsaspekt eines rotierenden Kabels und seiner erdnahen Plattform.
Bevor wir überhaupt planen, so etwas wie einen Skyhook zu bauen, müssen wir den mit Trümmern beladenen Raum um die Erde säubern. Dies erfordert erhebliche Investitionen in Forschung und Entwicklung und wird einige Zeit in Anspruch nehmen.
Bevor wir überhaupt daran denken können, einen Skyhook zu bauen, müssen wir zuerst unser Chaos im Orbit aufräumen. Quelle:
Steve Wozniaks neuer WeltraumschrottDas Clearing-Startup könnte buchstäblich den Boden na ja, Raum für den Bau eines echten Skyhooks in nicht allzu ferner Zukunft vorbereiten.Es ist unwahrscheinlich, dass wir in absehbarer Zeit einen echten Skyhook sehen werden. Da die Vorteile eines solchen Systems jedoch potenziell so groß sind, ist es nicht undenkbar, dass Unternehmen wie SpaceX, Blue Origin usw. beschließen, in ein solches zu investierenSystem in die Zukunft - falls es sie noch gibt, natürlich.
Aber wer weiß, wenn Unternehmen zur Säuberung von Weltraumschrott im Orbit erfolgreich sind, könnten wir sehr wohl den Versuch sehen, noch zu unseren Lebzeiten einen Skyhook zu bauen. Es braucht nur ein wenig langfristige Vision und Mut, der Erste zu seinum es zu versuchen.
Schließlich ist "the sky[hook] the limit", für denjenigen, der es schafft, der Erste zu sein, der einen baut. Nicht nur das, sondern auch die
sehr Schicksal unserer Spezies kann davon abhängen!Wenn das nicht Anreiz genug ist, um einen oder mehrere zu bauen, wissen wir nicht, was ist.
Werbung