Nur eine dumme Theorie, um meine Frage zu veranschaulichen. Wenn wir einen Globus (oder eine freistehende Landebahn, könnte wirklich jede Struktur sein, solange sie um die Erde herumgeht und sich an beiden Enden trifft) um die Erde herum bauen, die sich selbst mit 17500 Meilen pro Stunde bewegt. Von dort aus starten wir Space Shuttles. Bedeutet dies, dass sie mit reduzierter Geschwindigkeit und geringeren Kosten in die Umlaufbahn fliegen könnten? Da sie eine Startgeschwindigkeit von 17500 Meilen pro Stunde haben. Und spielt die Höhe des Globus (im Verhältnis zur Erde) eine Rolle?
Eine solche Struktur würde die Energiemenge reduzieren, die benötigt wird, um in die Umlaufbahn zu gelangen. Aber:
Die praktischste Umsetzung dessen, was Sie beschreiben, ist ein Weltraumaufzug : eine vertikale Struktur, die an der Erde befestigt ist. Wenn Sie diese Struktur auf 36.000 km Höhe erklimmen, entspricht Ihre Geschwindigkeit der Umlaufgeschwindigkeit. Sie können aus dem Aufzug steigen und sich im Orbit befinden.
Ihre grundlegende Frage scheint zu sein, ob wir Megastrukturen bauen können, die passives Momentum und andere orbitale Eigenschaften nutzen, um das Eintreten in die Umlaufbahn einfacher zu machen. Wir können, aber das spezifische Beispiel ist nicht sehr gut: Es verbraucht viel zu viel Material und hat eine unklare Verwendungsmethode.
Ein besseres Beispiel ist der klassische Weltraumaufzug. Dies nutzt das Prinzip, dass die erforderliche Orbitalgeschwindigkeit in größeren Höhen immer niedriger wird, zusammen mit der Zunahme der Geschwindigkeit mit einer festen Winkelgeschwindigkeit, um in bestimmten Höhen eine Aufwärtskraft zu erzeugen, die der Abwärtskraft der Schwerkraft in niedrigeren entspricht. Auf diese Weise wird das Gewicht eines einzelnen durchgehenden Kabels in seiner unteren Hälfte von seinem "negativen Gewicht" in seiner oberen Hälfte getragen. Und im Prinzip kann man einfach eine Last an das Kabel anhängen und es mit Solarenergie, Erdstrahlenergie oder ähnlichem ankurbeln, und wenn es hoch genug ist, dreht es sich automatisch um. Leider gibt es viele sehr ernsthafte Probleme mit den grundlegenden Wissenschaften, die erforderlich sind, um einen Weltraumaufzug zu bauen .
Es ist auch möglich, Skyhooks herzustellen, die ähnlich funktionieren und die meisten der gleichen Herausforderungen haben, aber in niedrigeren Höhen und höheren Geschwindigkeiten in die Umlaufbahn gebracht werden können, wodurch die einfache Verbindung gegen eine viel billigere Infrastruktur eingetauscht wird. Sie können auch dazu gebracht werden, sich gegenläufig zu drehen, um mehr Zeit und weniger Energie zum Verbinden zu haben. Skyhooks brauchen alle einen Weg, um den Schwung auszugleichen, der durch die Beschleunigung ihrer Nutzlast verloren geht; Dies können entweder verlangsamte Massen sein, die in entgegengesetzter Richtung wieder eintreten, oder hocheffiziente Ionentriebwerke mit niedrigem Schub oder dergleichen, die zu schwach sind, um bei einem herkömmlichen Raketenstart von Nutzen zu sein.
Schließlich gibt es noch die Launch-Schleife, die die grundlegende Prämisse von etwas voraussetztmuss sich schneller als die Umlaufgeschwindigkeit bewegen und verwendet Magnetschwebebahn, um es von seinem Behälter zu trennen, der das einzige Teil ist, das am Planeten befestigt werden muss und direkt Nutzlasten trägt. Insbesondere ist die Idee der Startschleife eine sehr lange Schleife aus Vakuumrohren, die magnetisch geführt und von einer Kette von Eisenzylindern getragen werden, die sich erheblich schneller als mit normaler Umlaufgeschwindigkeit bewegen. Die beiden Seiten der Schleife wären über den größten Teil der Länge parallel, was in der Größenordnung von 3000 km liegen würde, und würden Halteseile vom Boden verwenden, um in einer Höhe von etwa 100 km zu bleiben (niedrig genug, um die meisten Trümmer zu vermeiden, aber hoch genug, um die Erwärmung des Stößels selbst bei Orbitalgeschwindigkeiten zu ignorieren). Nutzlasten würden magnetische Induktion verwenden, um Impuls von der umlaufenden Kette auf sich selbst zu übertragen, wenn sie sich entlang der gewählten Hauptspur bewegen. und die Kette würde in den Endschleifen erneut beschleunigt, um den Geschwindigkeitsverlust auszugleichen, und die zusätzliche Wärme von der Induktion über ihre gesamte Länge abstrahlen. Die Launch-Loop-Idee hat mehrere erhebliche Vorteile:
Es ist jedoch unbestreitbar immer noch sehr teuer (zig Milliarden Dollar, sehr wahrscheinlich) und etwas schwierig zu platzieren und zu sichern (vermutlich irgendwo im Ozean, am Äquator).
Um eine bestimmte Umlaufbahn zu erreichen, muss alles, was auf der Oberfläche beginnt (vermutlich mit einer Geschwindigkeit von Null relativ zur Oberfläche beginnend), auf die gleiche Endgeschwindigkeit beschleunigt werden, unabhängig von der verwendeten Methode. Ob es sich selbst beschleunigen muss (wie es Raketen tun) oder auf etwas auffährt, das sich bereits so schnell bewegt, diese Beschleunigung muss irgendwie erfolgen. Einige Methoden (wie Raketen) sind am effizientesten, wenn sie einen kräftigen Tritt anwenden, um die Nutzlast schnell über die Atmosphäre und auf Umlaufgeschwindigkeit zu bringen. Unabhängig von der Methode ist es im Allgemeinen schlecht, sich in einer substanziellen Atmosphäre mit oder nahe der Umlaufgeschwindigkeit zu bewegen. Zum einen kann es aufgrund des erzeugten Luftwiderstands ineffizient sein – Energieverschwendung. Das andere ist Hitze; all diese Energie, die im atmosphärischen Luftwiderstand verloren geht, wird zu Wärme, die irgendwo hin muss, wie in die Haut des Fahrzeugs.
Weltraumaufzüge umgehen einige der Probleme. Eine geostationäre Umlaufbahn erfordert immer noch eine Beschleunigung, jedoch auf eine niedrigere Endgeschwindigkeit, obwohl sie den Einsatz von mehr Gesamtenergie erfordert als eine erdnahe Umlaufbahn. Der Aufzug fügt diese Energie hauptsächlich durch Anheben der Nutzlast hinzu und verleiht die erforderliche Beschleunigung, indem er die Nutzlast mit dem Kabel ausgerichtet hält. Der größte Teil der erforderlichen Umlaufbeschleunigung findet entlang des Teils des Kabels statt, der sich über der Atmosphäre befindet (was den größten Teil davon ausmacht).
Railguns hingegen stehen dem atmosphärischen Luftwiderstandsproblem direkt gegenüber. Die Nutzlast wird auf extreme Geschwindigkeit beschleunigt und wird, sobald sie das Geschütz verlässt, ballistisch, außer dass sie auf atmosphärischen Luftwiderstand trifft, der sie sofort verlangsamt.
Jede andere Methode müsste entweder mit Hyperschallwiderstand umgehen, die Nutzlast vor dem Beschleunigen aus der Atmosphäre heben oder die Nutzlast gleichzeitig beschleunigen und aus der Atmosphäre heben, während sie in einem Vakuum eingeschlossen bleibt.
Markus Adler
GdD
SF.