Ein Ballon, der in den Weltraum schweben kann [geschlossen]

Ich habe gehört, dass es Materialien gibt, die dem Bild der Erdatmosphäre widerstehen können, wie Kohlenstoffnanoröhren und Kevlar. Angeblich könnte eine perfekt konstruierte Brücke aus einem solchen Material als Halteseil für einen Weltraumaufzug verwendet werden, obwohl es Herausforderungen bei der zuverlässigen Konstruktion gibt.

Um dieses Problem kreativ zu bewältigen, fängt mein Protagonist klein an – er möchte einen Ballon aus einem solchen Material, gefüllt mit Helium oder einem ähnlichen schwebenden Gas, durch die Atmosphäre fliegen lassen, an dem ein einzelner Faden aus hitzebeständigem Material befestigt ist.

Meine Fragen sind:

  • Aus welchem ​​Material könnte ein solcher Ballon bestehen, der leicht genug ist, um mit Helium gefüllt zu schweben?

  • Wenn Helium nicht funktionieren würde, gibt es dann ein anderes Gas?

  • Wenn ein solcher Ballon gebaut werden könnte, könnte er dann mit einer leichten Schnur aus ähnlichem Material aufsteigen? Wenn ein Ballon nicht ausreicht, wie wäre es mit mehreren?

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Antworten (2)

Es gibt ein kleines Problem mit Ihrem Heliumballon; Helium wirkt als Traggas, weil es leichter als Luft ist, aber nicht leichter als der Weltraum.

Letztendlich steigt Helium bis zu einem Punkt in den Himmel auf, an dem die Gewichtsdichte des Heliums mehr oder weniger im Gleichgewicht mit der umgebenden Luft ist. Ich erspare Ihnen die Mathematik; das entspricht ungefähr 32 km über dem Meeresspiegel. Im Gegensatz dazu muss eine geostationäre Umlaufbahn ungefähr 36.000 km über dem Meeresspiegel liegen, um stabil zu sein. Letztendlich erreichen Sie mit Helium weniger als 0,1% der Höhe, die Sie benötigen, da zu dem Zeitpunkt, an dem Sie die Höhe der geostationären Umlaufbahn erreichen, keine Luft mehr vorhanden ist, in der das Helium leichter sein könnte.

Sie könnten ein wenig höher werden, indem Sie das Helium tatsächlich erhitzen und so seine Dichte weiter verringern, aber letztendlich erreichen Sie wahrscheinlich am besten die Atmosphäre.

Man könnte natürlich auf Wasserstoff umsteigen, der 50 % der Dichte von Helium und damit die doppelte Hubkraft hat, aber damit kommt man immer noch nicht weit.

Sie könnten also versuchen, den Wasserstoff zu erhitzen, aber ich denke, wir alle wissen, wie das funktionieren würde.

Am Ende müssen Sie von Luft umgeben sein, um von einem Gas, das leichter als Luft ist, Auftrieb zu bekommen.

Guter Punkt. Können Sie sich vorstellen, wie Kabel mit einer Länge von bis zu 32 km den Prozess der Errichtung eines Weltraumaufzugs begünstigen würden? Ist dort oben die Schwerkraft geringer?
@ Frankbacon322 Theoretisch gibt es einen Vorteil in dem Sinne, dass die Kabel, die 36.000 km erreichen, zuerst 32 km erreichen müssen. Es würde sicherlich helfen, da es einen Effekt ungleich Null hätte. Aber wenn mir jemand sagen würde, dass sie einen Weltraumaufzug bauen und bereits 32 km hochgefahren sind, würde mich das nicht dazu ermutigen, in ihr Unternehmen zu investieren. Jeder Aspekt beim Bau eines Weltraumaufzugs ist schwieriger als das.
Hm ... wie wäre es mit weltraumgestützter Solarenergie aus einer solchen Höhe?
@ frankbacon322 Meine erste Frage wäre, warum nicht den Strom am Boden erzeugen? Energie wiegt sehr wenig (E = mc ^ 2), daher ist es viel einfacher, sie mit dem Weltraumaufzug nach oben zu bringen, als Masse dorthin zu bringen. Angesichts der Tatsache, dass Solarzellen auf der Erde perfekt funktionieren, bin ich nicht davon überzeugt, dass Sie jemals die Energiekosten für das Hochziehen der Masse der Zellen im Vergleich zu einigen Stromleitungen wieder hereinholen würden.
Sie haben auch ein Problem mit dem Ballon, der das Material hält, das sich ausdehnt und schließlich platzt, da das Material einfach nicht flexibel genug ist.
@TimBII Ich dachte, der Vorteil eines Weltraumaufzugs wäre eine Reduzierung der langfristigen Kosten für den Start eines Space Shuttles. Sobald der Aufzug installiert ist, können Sie ihn einfach zum Transport von Waren verwenden, anstatt jedes Mal eine kolossale Menge Kraftstoff zu verbrennen. Ich weiß nicht, wie es dort oben im Weltraum bleiben soll, aber ich nehme an, es wäre billiger, als ständig Shuttles zu starten. Sobald Sie sich im Weltraum befinden, wird erheblich weniger Treibstoff benötigt, um die Erde zu verlassen, da Sie nicht gleichzeitig gegen die Atmosphäre und die Schwerkraft kämpfen müssen.
@frankbacon322 In diesem Artikel geht es um das Zurückstrahlen der Energie, wobei die Notwendigkeit eines Weltraumaufzugs völlig ignoriert wird, und die Nachteile sind enorm ... Landbedarf, potenzielle Bewaffnung und Witterungseinflüsse.
Anscheinend sind „Weltraumballons“ oder Wetterballons billig herzustellen. Sie halten höchstens 48 Stunden, wie es aussieht, aber ich frage mich, ob es nicht ein lustiges Experiment gibt, das ich mit Energiesammlung, Energieübertragung und Materialien durchführen könnte, um zu versuchen, Solarenergie besser zu ernten.
@Shadowzee nein, das ist genau richtig. Ein Weltraumaufzug umgeht im Grunde die Raketengleichung, indem er die Reibung zum primären Auftriebsgenerator macht. Aus demselben Grund können wir viel höher klettern als springen. Das bedeutet jedoch nicht, dass es kostenlos ist; es bedeutet nur, dass die Dinge im Laufe der Zeit kostengünstiger werden, um sie in den Weltraum zu bringen, als sie es sonst waren.
Ja, sicher tut @shadowzee. Viele Herausforderungen :)
spacejournal.ohio.edu/issue18/cast.html Chinas Design (keine Luftballons)
Wasserstoff hat nicht die doppelte Auftriebskraft von Helium, obwohl er halb so dicht wie Helium ist, hängt die Auftriebskraft nicht von der absoluten Dichte des Auftriebsgases ab, sondern von seiner relativen Dichte zur Luft. Es ist nur der Unterschied zwischen 1,12 g/L Hubkraft und 1,2 g/L Hubkraft beim Umschalten von Helium auf Wasserstoff. Selbst ein reiner Staubsauger hätte nur 1,29 g/L Hubkraft. Sie gewinnen nicht viel, wenn Sie versuchen, etwas anderes als Helium zu verwenden.

Sie möchten wahrscheinlich bei der Methode bleiben, die in dem Artikel vorgeschlagen wird, den Sie in den Kommentaren verlinkt haben (energy.gov/articles/space-based-solar-power), anstatt einen Weltraumaufzug zu bauen, wenn Sie Strom erzeugen möchten.

In Bezug auf Experimente im kleinen Maßstab könnten Sie ein Wetterballon-ähnliches Gerät verwenden, um so etwas wie einen Würfelsatelliten ziemlich hoch zu heben und damit die Energieübertragung von der Umlaufbahn zu einer Bodenstation zu testen. Auf diese Weise könnten Sie vorläufige Tests ohne die strengeren Anforderungen ordnungsgemäßer Raumschiffstarts durchführen, und es wäre viel billiger.

Angenommen, Sie wollten dies mit größeren Satelliten vergrößern und dennoch das Ballonkonzept beibehalten, könnten Sie Ihrem Satelliten möglicherweise einige kleine Raketen- / Treibstoff-Booster hinzufügen und ihn höher in die Umlaufbahn bringen, was Ihnen eine viel längere Zeit verschaffen würde bevor es herunterfallen würde.

In Bezug auf ein voll funktionsfähiges Solarstromsystem im Weltraum müssen Sie entweder einen Weltraumlift in voller Größe bauen oder sich an die Kosten von 100 oder mehr Starts halten, um das System im Weltraum zusammenzubauen. Es gibt keinen einfachen Weg für uns, Dinge aus unserer Atmosphäre zu entfernen, und die Antwort von TimBII behandelt, warum Ballons dies nicht erreichen können.

Machen Sie diese Booster besser groß. Sie brauchen immer noch das Delta-V, um die niedrige Erdumlaufbahn aufrechtzuerhalten, die etwa 7,8 km / s beträgt. In einem erdgebundenen Ballon fährt man höchstens 40000km/24h = 0,463 km/s (am Äquator).
Ein Ballon, der in den Weltraum schweben kann [geschlossen]
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