OK. Lass mich ausreden. Ich weiß, dass Zeppeline aufgrund des Auftriebs der Luft schweben, und es gibt keine Luft im Weltraum. Aber denken Sie an die Art und Weise, wie ein Boot auf dem Wasser schwimmt, obwohl das Material, aus dem das Boot besteht, im Allgemeinen viel schwerer als Wasser ist. Die verdrängte Wassermenge ist schwerer als das Boot und sein gesamter Inhalt, sodass der Auftrieb ausreicht, um die Oberseite des Bootes vollständig über der Wasseroberfläche zu halten.
Ist es also möglich, ein riesiges Luftschiff auf der Ionosphäre schweben zu lassen? Ein gewöhnliches Luftschiff wird mit möglichst leichter Luft gefüllt – Wasserstoff oder Helium, das mit seinem Luftdruck die Struktur des Luftschiffs aufrechterhält. Aber könnte eine solche Struktur so groß gemacht werden, dass sie auf der Ionosphäre schwimmt und mit nichts gefüllt ist, so dass sie nicht einmal eine Oberseite benötigt, um Streuionen fernzuhalten? (Vielleicht sollte ich eher Raumboot als Raumluftschiff sagen.) Gibt es ein Material, das leicht genug sein könnte, während es dennoch eine Struktur behält, die nicht auslaufen würde ? Wie groß müsste es sein, um genug Ionosphäre zu verdrängen, um dort oben zu schweben?
Und um der offensichtlichen Frage "Warum?" zuvorzukommen, denke ich in die gleiche allgemeine Richtung wie ein teilweiser Weltraumaufzug. Die Energiekosten für den Weg in den Weltraum scheinen ein Haupthindernis für die Raumfahrt in erheblichem Umfang zu sein. Und jede noch so kleine Brücke, die uns einfällt, um die Energiekosten zu senken, könnte Platz für ein paar mehr von uns kleinen Erdbewohnern schaffen. Der Rand der Atmosphäre ist nur ein kleiner Prozentsatz des Weges in Richtung der Höhe der geosynchronen Umlaufbahn und darüber hinaus, wo ein Weltraumaufzug letztendlich Dinge in den Weltraum schleudern könnte. Aber die Atmosphäre ist auch der Ort, an dem alle Turbulenzen auf die Struktur treffen werden, also könnte eine Stützstruktur in dieser Höhe einer solchen Struktur vielleicht eine geringfügig signifikante Festigkeit verleihen.
Wasser hat eine wohldefinierte Oberfläche. Alles darunter ist Wasser, alles darüber ist Luft. Die Spitze der Atmosphäre ist nicht so; Sie erhalten nur einen sehr allmählichen Druckabfall, bis Sie sich mehrere hundert Kilometer über der Erdoberfläche befinden.
Sie könnten versuchen, einen Zylinder mit geschlossenem Boden und offenem Oberteil zu bauen und diesen aufrecht zu stellen, damit er wie eine Flasche im Wasser schwimmt. Aber Sie müssten diesen Zylinder Hunderte von Kilometern hoch bauen, damit er sich oben nicht füllt, und stark genug, um dem Luftdruck am Boden standzuhalten, weil im Inneren ein Vakuum herrscht.
In einer Höhe von 50 km beträgt der Luftdruck etwa 16 mbar, Ihre Struktur müsste also 16 Gramm/cm^2 standhalten.
Die Struktur muss auch groß sein,. Bei 16 mbar wiegt Luft 20 Gramm pro Kubikmeter, das ist also alles, was sie tragen wird. Es wäre sehr schwierig, eine leichtere Struktur zu bauen, die stark genug ist, um dem Luftdruck standzuhalten, geschweige denn, dass sie irgendein nützliches Gewicht tragen könnte.
Ein Objekt schwimmt (im Wasser oder in der Atmosphäre), wenn es weniger wiegt als das Wasser/die Atmosphäre, das es mit seinem Volumen verdrängt. Das heißt, der ganze Trick beim Bau eines Zeppelins besteht darin, ein Objekt zu bauen, das eine geringere Dichte als Luft hat. Je höher Sie kommen, desto geringer ist die Dichte der Atmosphäre, sodass Sie eine noch geringere Dichte benötigen, um höher aufzusteigen.
Ein Vakuum hat eine Dichte von 0. Wenn Sie also ein Objekt bauen könnten, das nur ein Vakuum ist, das nichts enthält, würde es bis zum Rand der Atmosphäre schweben. Aber das ist leider unmöglich. Sie brauchen etwas, um das Vakuum einzudämmen. Dieser Behälter muss starr genug sein, um dem Druckunterschied zwischen innen und außen standzuhalten. Andernfalls würde es zusammenbrechen, was das Volumen reduziert. Um diese Steifigkeit bereitzustellen, muss es Masse haben.
Interessanterweise nimmt die Kraft, der der Container standhalten muss, mit zunehmender Höhe ab, weil der Druckgradient zwischen Innen- und Außenseite des Rumpfes abnimmt. Das bedeutet, dass Sie ab einer bestimmten Höhe einige Verstärkungen des Rumpfes fallen lassen können, um Ihr Gewicht zu reduzieren und noch höher aufzusteigen.
Letztendlich ist die maximale Höhe, die Sie durch Auftrieb erreichen können, ein technisches Problem: Bauen Sie ein luftdichtes Objekt mit dem kleinstmöglichen Verhältnis von Masse zu Volumen. Je besser das Verhältnis, desto näher kommt es an den Rand der Atmosphäre.
Don Branson
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