Welche Eigenschaften benötigt man für den Turmbau?

Question

Welche Eigenschaften benötigt man für den Turmbau?

unveränderlich

Als ich ein Junge war, träumte ich davon, einen Turm zu bauen, der so hoch war, dass seine Spitze in den nahen Weltraum ragte.

Es würde vielleicht einen Schwerelosigkeitsbereich im Penthouse geben, wo meine Freunde und ich herumhüpfen und Weltraumversionen verschiedener erdbasierter Spiele und Sportarten unter den besten Null-G-Bedingungen spielen könnten.

Zu meiner anhaltenden Enttäuschung und trotz all der technologischen Fortschritte der letzten etwa dreißig Jahre hat niemand eine solche Struktur gebaut.

Kann jemand die physikalischen Beschränkungen/Zwänge erklären, die jemanden daran hindern, meine Fantasie eines „Weltraumturms“ zu verwirklichen?

UPDATE: Dieses Kickstarter-Projekt scheint ziemlich zuversichtlich zu sein ...

Der Schafmann

Sie müssten viel höher gehen als LEO, um Ihr Zero-G-Penthouse zu erreichen.

AdamRotwein

Um die Null-G-Umgebung zu erreichen, müsste Ihr Turm tatsächlich Tausende von Kilometern hoch sein und auf dem Äquator gebaut werden. en.wikipedia.org/wiki/Geosynchronous_orbit

mcodesmart

Das ist eine dumme Frage. Windlast allein wird dies unter anderem nicht ermöglichen

unveränderlich

Es gibt keine dummen Fragen, @Programmer13. Fühlen Sie sich frei, Ihre knappe Antwort zu erläutern, wenn Sie etwas zur Diskussion beitragen möchten.

Antworten (7)

Welche Eigenschaften benötigt man für den Turmbau?

Sie müssten viel höher gehen als LEO, um Ihr Zero-G-Penthouse zu erreichen.
Um die Null-G-Umgebung zu erreichen, müsste Ihr Turm tatsächlich Tausende von Kilometern hoch sein und auf dem Äquator gebaut werden. en.wikipedia.org/wiki/Geosynchronous_orbit
Das ist eine dumme Frage. Windlast allein wird dies unter anderem nicht ermöglichen
Es gibt keine dummen Fragen, @Programmer13. Fühlen Sie sich frei, Ihre knappe Antwort zu erläutern, wenn Sie etwas zur Diskussion beitragen möchten.

Lubos Motl · Answer 1

Zunächst einmal ist es ein elementarer Irrglaube, dass es in einem Turm, der nur bis zur Spitze der Atmosphäre reichen würde, eine „Schwerkraftlosigkeit“-Umgebung geben würde.

Die meisten Luftmoleküle existieren in einer Höhe von weniger als 10 Kilometern – und oberhalb von 100 Kilometern von der Erdoberfläche ist die Luft so verdünnt, dass sie nicht mehr nachweisbar ist.

In einer Höhe von 10 Kilometern – wo der atmosphärische Druck fast Null ist – ist die Erdbeschleunigung nur um 0,3 % schwächer als an der Oberfläche und selbst in 100 Kilometern ist sie nur 3 % schwächer. Vergessen Sie also "Mondspiele". Die Gravitationskräfte dort drüben sind für Menschen kaum von denen zu unterscheiden, die wir an der Oberfläche kennen. Bei 100 Kilometern fühlt sich eine 75-Kilogramm-Person vielleicht 2 kg leichter an, aber das kann durch den Anzug ausgeglichen werden, den er braucht, um Erstickungsgefahr zu vermeiden. ;-)

Das Fehlen von Luft hat nichts mit dem Fehlen der Gravitationskraft zu tun. Die Luft versucht, sich in niedrigen Lagen zu befinden, um ihre potentielle Energie zu minimieren; wie stark es die Energie minimieren will, ist durch die Molekülmasse und die Temperatur gegeben. Die Luftdichte ist jedoch etwas völlig anderes als die Erdbeschleunigung - sie sind sicherlich in keiner Weise proportional zueinander.

Die Luftdichte ist proportional zu $\exp(-\Phi m / kT)$ Wo $\Phi$ ist das Gravitationspotential, $m$ ist die Masse des Moleküls, $k$ ist Boltzmanns Konstante, und $T$ ist die Temperatur in Grad Kelvin. Allerdings ist die Erdbeschleunigung $d\Phi / dh$ . Diese beiden Funktionen hängen völlig unterschiedlich von der Höhe ab $h$ .

Hohe Gebäude

Das höchste Gebäude der Welt ist Burj Khalifa in Dubai – es hat 828 Meter. Das sind etwa 10 % der Dicke der Atmosphäre im "engen Sinn". Es ist schwer, hohe Gebäude zu bauen - man muss garantieren, dass sie trotz des immensen Gewichts des Materials über jedem Stockwerk und trotz Wind und Vibrationen der Erdoberfläche stabil sind.

Aber es gibt keine "streng physikalischen" Einschränkungen, die einen daran hindern würden, einen Turm zu bauen, der 10 Kilometer über die Oberfläche reicht. Man kann sagen, dass all diese Beschränkungen technischer Natur sind. Hohe Berge wie der Mount Everest können als "natürliche hohe Gebäude" angesehen werden und ihre Höhe ist nicht weit von der Spitze der Atmosphäre (im engeren Sinne) entfernt. Das Design von sehr hohen Gebäuden müsste wahrscheinlich etwas hierarchisch sein – mit einer soliden Basis aus einem schwereren Material und leichteren Böden in der Nähe der Spitze, genau wie im Fall von Bergen.

Man würde sicherlich Probleme bekommen, vernünftige Materialien zu finden, wenn man Gebäude wollte, die die Schwerkraft auf dem Dach erheblich reduzieren - Gebäude, die Tausende von Kilometern hoch sind. Eine meiner Kindergartenvisionen war zum Beispiel, einen Aufzug zu bauen, der einen zum Mond bringen und die kinetische Energie der Bewegung des Mondes um die Erde umwandeln könnte. Das ist eine wirklich herausfordernde Aufgabe für Ingenieure. Man wird auf Probleme mit herkömmlichen Materialien usw. stoßen – aber man kann immer noch sagen, dass die Einschränkungen eher technischer (und budgetärer) Natur sind als grundlegende physikalische Einschränkungen.

Danke. Habe meine Frage angesichts Ihrer Antworten zur Reichweite der Erdanziehungskraft umformuliert.
Sie können abschätzen, wie hoch ein Berg sein kann, wenn es nur ein Steinhaufen ist, es hängt nur von der Schwerkraft und dem Elastizitätsmodul für den Stein ab ias.ac.in/jarch/jaa/2/165-169.pdf
@Martin, nein, der Youngs-Modul regiert das nicht! Das Verhältnis von Kraft zu elastischer Verformung ist unerheblich. Die maßgeblichen Faktoren sind maximaler Druck / Scherung / etc., wenn das Material zu fließen beginnt, reißt, knirscht usw. (wo das Hooksche Gesetz endet und der Youngs-Modul nicht mehr existiert).

SF. · Answer 2

Zunächst einmal ist die Begrenzung ein Material, das unter dem Gewicht nicht zusammenbrechen würde - Erdkruste ist nicht ganz hart genug. Knicken und andere Instabilitäten, nein. Vergiss im Allgemeinen einen Turm, der auf der Erde gebaut wurde. Keine Chance, kein solches Material.

Beginnen Sie mit dem Bau aus der geostationären Umlaufbahn und verlängern Sie das "Seil" sowohl innerhalb als auch außerhalb der Umlaufbahn. Das Äußere kann nur ein schweres Gegengewicht sein, während das Innere beginnt, sich zur Erde zu ziehen. Machen Sie den orbitalen Teil dicker, um zusätzliches Gewicht zu tragen, während Sie den unteren Teil ausfahren, bis er die darunter liegende Erdoberfläche erreicht.

Das Problem ist jetzt das Material. Das einzige existierende Material mit einem ausreichenden Gewichts-Festigkeits-Verhältnis sind Buckytubes. Diese sind derzeit höchstens Zentimeter lang, extrem teuer und man bräuchte nicht nur tausende Kilometer davon ... das Seil müsste an der dicksten Stelle (nahe der geostationären Umlaufbahn) etwa 1 km dick sein, um sein Eigengewicht zu tragen.

Überlegen Sie nun:

Kohlenstoffversorgung der Erde, ich glaube nicht, dass alle Kohlebergwerke zusammen so viel Kohlenstoff abbauen könnten
Kraftstoff für Baufahrzeuge. Das alles müsste hoch genug gehoben werden. Eine LEO-Rakete verbraucht ein Vielfaches mehr Treibstoff als ihr Nutzlastgewicht. Eine Rakete im geostationären Orbit - viel mehr. Die gute Nachricht ist, dass der Brennstoff Wasserstoff + Sauerstoff sein kann, was Wasser ist, und wir haben das in Hülle und Fülle. Die schlechte Nachricht ist, dass Sie mindestens so viel Energie benötigen, um sie zu trennen, wie Sie durch das Verbrennen gewinnen, sodass der Stromverbrauch für die Kraftstoffproduktion die gesamte Stromerzeugung der Welt übersteigen würde.
Umweltbelastung durch so viel Dampf, der in die Atmosphäre freigesetzt wird
Berücksichtigen Sie Mikrometeoriten, die wirklich über Ihre Parade regnen können. Und da dieses Ding so groß ist, WIRD es zu Kollisionen kommen. Berücksichtigen Sie auch Weltraumschrott.
berücksichtigen Winde und Stürme, sobald Sie die Atmosphäre erreichen. Außerdem ist die obere Atmosphäre ziemlich heiß ... keine schöne Arbeitsumgebung, außerdem sind Nanoröhren nicht extrem feuerfest.
Kosten und Auswirkungen auf die Wirtschaft. Kohle wird superteuer und wir suchen nach alternativen Kohlenstoffquellen.

Und wenn Sie es schließlich gebaut haben, berechnen Sie, wie lange ein Aufzug mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 km/h brauchen würde, um 37.000 km der 0-Schwerkraft-Umlaufbahn zu erreichen ...

BEARBEITEN:

Ich kann derzeit den Artikel nicht finden, der eine Dicke von 1 km auflistet, aber lassen Sie uns versuchen, die Parameter des Turms zu berechnen, die nur stark genug sind, um sich selbst zu tragen.

Die Nanoröhrchen-Zugfestigkeit beträgt $UTS=6422kg/mm^2$ (1)

Die Dichte ist $\rho=1.4g/cm^3$

Das Band soll 1m breit sein.

Die Dicke wird variieren. Für das Nötige $M_0=20t=20000kg$ Kapazität, die es braucht $A_1=0.31mm^2$ Querschnitt unten. Bei 1000 mm Breite ist das 0,00031 mm dick.

Jetzt bin ich wirklich nicht in der Stimmung, eine Differentialgleichung von Dicke - Masse - Zugfestigkeit - Schwerkraft zu lösen, also versuche ich es mit einer Diskretisierung, Annäherung mit $h=1km$ lange Keile. Bei 35000 Proben sollte uns das eine anständige Annäherung geben.

v_{N} = \frac{A_{N} + A_{N + 1}}{2} H M_{N} = ρ v = ρ \frac{A_{N} + A_{N + 1}}{2} H

$V_n= {A_n+A_{n+1} \over 2}h \\ M_n=\rho V = \rho {A_n+A_{n+1} \over 2}h$

Jetzt können wir nicht glücklich davon ausgehen, dass sich das Gewicht nicht mit der Höhe ändert. Schließlich wird es in der Nähe der Umlaufbahn Null sein. Sie variiert mit der Entfernung vom Erdmittelpunkt. An der Oberfläche, $r_0=6378km; M_{earth}=5.97 10^{24}kg; G =6.67300 × 10^{-11} {m^3 \over kg s^2}$ ;

Die Gewichtsfunktion jedes Segments wird also sein

F w_{N} = G \frac{M_{N} M_{e A R T H}}{R_{N}^{2}} R_{N} = R_{0} + N [k M]

$Fw_n=G{M_n M_{earth} \over r_n^2} \\ r_n=r_0+n[km]$

Und die Zugfestigkeitsoberfläche $A_{n+1}$ muss überwunden werden

F_{N + 1} = F_{N} + F w_{N} F_{N + 1} = A_{N + 1} U T S

$F_{n+1}=F_n + Fw_n \\ F_{n+1} = A_{n+1} UTS$

Wir suchen $A_{35000}$ was trivialerweise die Dicke ergibt, indem es durch 1000 mm geteilt wird.

A_{N + 1} U T S = F_{N} + F w_{N} A_{N + 1} U T S = F_{N} + G \frac{M_{N} M_{e A R T H}}{R_{N}^{2}} A_{N + 1} U T S = F_{N} + G \frac{ρ \frac{A_{N} + A_{N + 1}}{2} H M_{e A R T H}}{R_{N}^{2}} A_{N + 1} = F_{N} + (A_{N} + A_{N + 1}) \frac{G ρ H M_{e A R T H}}{2 R_{N}^{2} U T S} X := \frac{G ρ H M_{e A R T H}}{2 R_{N}^{2} U T S} A_{N + 1} - = F_{N} + (A_{N} + A_{N + 1}) X A_{N + 1} = F_{N} + X A_{N} + X A_{N + 1} A_{N + 1} - X A_{N + 1} = F_{N} + X A_{N} (1 - X) A_{N + 1} = F_{N} + X A_{N}

$A_{n+1} UTS = F_n + Fw_n \\ A_{n+1} UTS = F_n + G{M_n M_{earth} \over r_n^2} \\ A_{n+1} UTS = F_n + G{\rho {A_n+A_{n+1} \over 2} h M_{earth} \over r_n^2} \\ A_{n+1} = F_n + (A_n+A_{n+1}){ G \rho h M_{earth} \over 2r_n^2 UTS } \\ X := { G \rho h M_{earth} \over 2r_n^2 UTS }\\ A_{n+1} - = F_n + (A_n+A_{n+1})X \\ A_{n+1} = F_n + X A_n + X A_{n+1} \\ A_{n+1} - X A_{n+1} = F_n + X A_n \\ (1-X)A_{n+1} = F_n + X A_n \\$ Wir bekommen unsere beiden Grundgleichungen für numerische Berechnungen: (mit Helfer X, den ich eigentlich nicht in etwas Schöneres umwandeln möchte.)

X = \frac{G ρ H M_{e A R T H}}{2 R_{N}^{2} U T S} A_{N + 1} = \frac{F_{N} + X A_{N}}{(1 - X)} F_{N + 1} = A_{N + 1} U T S

$X = { G \rho h M_{earth} \over 2r_n^2 UTS }\\ A_{n+1} = { F_n + X A_n \over (1-X) } \\ F_{n+1} = A_{n+1} UTS$

Entschuldigen Sie mich jetzt, es ist 3 Uhr morgens und ich werde die Berechnungen zu einer anderen Zeit beenden.

Großartige Entlarvung der Space-Elevator-Ideen. Es ist eine traurige Realität, dass die meisten Menschen, die sich für Weltraumaufzüge einsetzen, die einfache Mathematik dahinter einfach nicht verstehen. Auf welcher Annahme basiert die Dicke von 1 km übrigens? Hängt das nicht vom Gewicht der Nutzlast ab? Wenn Sie davon ausgehen, dass es nur die Fähigkeit haben muss, eine kleine Masse zu heben, wäre dann eine viel kleinere Masse erforderlich? Pragmatisch frage ich mich, ob eine Weltraumpipeline für Treibmittel die wahrscheinlichste Verwendung für so etwas wäre, da das Heben von Chargen große Schwierigkeiten bereiten würde.
In den SF-Arten, in denen sie einfach die Bohnenranke annehmen, nehmen die Autos schnell Fahrt auf, nachdem sie die Atmosphäre verlassen haben: Es besteht keine Notwendigkeit, sie auf einige hundert m/s zu begrenzen. Je nach verwendeter Technologie kann es zu einem Fahrzeugwechsel kommen. Der eigentliche Stinker ist, dass es nicht geostationäre Umlaufbahnen unsicher macht.
@Zassounotsukushi: 1 km war nicht meine Mathematik - ich habe es auf einer "Space Tower" -Site gelesen, kann mich jetzt nicht an die Adresse erinnern. Dies wurde für 1 Tonne Nutzlast berechnet. Die für einen solchen Turm erforderliche Technologie wäre so fortschrittlich, dass der Abbau und Transport von Treibstoff von Asteroiden wahrscheinlich rentabler wäre.
@dmckee: Einerseits ja. Andererseits gibt es noch Reibung am Turm, Reibung der Mechanismen, Energietransportverluste und so weiter. Selbst wenn sie als Magnetschwebebahn gebaut wäre, würden dynamische Zugbelastungen jede Menge Hitze erzeugen. Nicht unmöglich zu machen, aber die Reisezeit würde immer noch in der Größenordnung von Tagen liegen.
Wie relevant sind "Kohleminen"? Meines Wissens nach werden die meisten Kohlenstoff-Nanoröhrchen aus Ethylen oder Methan hergestellt, das wiederum aus Erdgas gereinigt wird. Die Menge an Kohlenstoff in der Produktion von Ethylen in einem einzigen Jahr – 109 Millionen Tonnen im Jahr 2006 – ist über 4 Größenordnungen höher als die 1.500 Tonnen des Weltraumaufzugs, die in den häufig gestellten Fragen zum Weltraumaufzug erwähnt werden , was wiederum etwa das Dreifache der 400 Tonnen ausmacht Gewicht der Internationalen Raumstation.
@DavidCary: Ich fürchte, 1.500 Tonnen für einen Weltraumaufzug werden stark, VAST unterschätzt. 1.500 t / 37.000 km würden uns nur 0,4 Gramm pro cm Länge geben. Bei 1,4 g/cm^3 sind das 28 mm^2 Querschnitt. Bei einer Nanoröhrenfestigkeit von 6422 kg/mm^2 sind das lediglich 180 Tonnen Zugfestigkeit. Nicht annähernd 1500.
Ja, Ihre Berechnung zeigt, dass die freie Bruchlänge eines Kohlenstoff-Nanoröhren-Seils mit konstantem Querschnitt bei konstanter Schwerkraft von 1 g nicht ganz lang genug ist, um von der geostationären Umlaufbahn bis zur Oberfläche zu reichen. Alle modernen Weltraumaufzugskonstruktionen haben jedoch keine konstante Schwerkraft von 1 g und keinen konstanten Querschnitt – sie sind verjüngt.
@AlanSE: Ich bin auch verwirrt über die "1 km Dicke". Alle Referenzen, die im Artikel Wikipedia: Space Elevator aufgeführt sind und die ich bisher gesehen habe, scheinen ein Band mit einer Breite von 1 Meter oder weniger anzunehmen.
@AlanSE Es ist keine bestimmte Dicke erforderlich, obwohl selbst grenzwertig realistische Materialien eine Verjüngung erfordern. Dies ist ein schöner Überblick über die Physik.
@mmc Um es in den Kontext des Dokuments zu stellen, auf das Sie verweisen, spiegelt das Verjüngungsverhältnis die Konstruktionsanforderungen pro Masseneinheit Nutzlast wider. Die Definition des Verhältnisses ist der Querschnitt bei GEO zur Oberfläche, und die Oberflächenspannung ist genau das größte Gewicht, das es theoretisch liefern kann, sonst zieht es die Nutzlast vom Himmel herunter. Ich sehe, meine Frage war schlecht, da die Zahl "1 km" nutzlastspezifisch ist. Angesichts der notwendigen Aussetzung des Unglaubens ist die Lebensfähigkeit eine logistische Frage. Wenn die Nutzlast brauchbar groß ist, sind die Materialkosten unerschwinglich.
@AlanSE "Wenn die Nutzlast sinnvoll groß ist, sind die Materialkosten unerschwinglich." Nicht unbedingt: Ein Verjüngungsverhältnis von 4 (das im Papier erwähnte) ist ziemlich vernünftig und ich sehe keine Grundlage für die Zahl "1 km" (das Papier erhält einen ~ 150-Tonnen-Aufzug für einen 1-Tonnen-Heber). . Die Durchführbarkeit des gesamten Projekts scheint mir damit verbunden zu sein, Materialien auf Nanoröhrenbasis zu erhalten, deren Festigkeiten in etwa ihren vorhergesagten Werten nahekommen. Da diese Materialien für sich genommen ziemlich nützlich wären, bin ich etwas optimistisch, was die ganze Idee angeht.
"Kohlenstoffversorgung der Erde, ich glaube nicht, dass alle Kohlebergwerke zusammen so viel Kohlenstoff abbauen könnten" Vielleicht das nächste Projekt des IPCC zur Reduzierung des Kohlendioxids in der Atmosphäre (mit einem Augenzwinkern)

Lawrence B. Crowell · Answer 3

Auf welcher Ebene diese Frage gestellt wird, ist ungewiss. Ich dachte, ich erwähne die Idee des Weltraumaufzugs, den einige Leute ernst nehmen. Lubos hat jedoch Recht, wenn er sagt, dass der Rand der Atmosphäre nicht das Ende der Schwerkraft bedeutet. Ein Raumschiff umkreist die Erde, weil es auf die Erde zufällt. Es bewegt sich jedoch gerade schnell genug, um die Erde zu verfehlen, die sich unter der Flugbahn des Raumfahrzeugs wegkrümmt. Der scheinbare Schwerkraftverlust, wie er bei herumschwebenden Spaceshuttle- und ISS-Astronauten zu sehen ist, ist darauf zurückzuführen, dass die Astronauten und alles im Raumschiff fallen und sich mit dem Rest des Raumfahrzeugs bewegen. Denken Sie daran, dass Galileo demonstriert hat, dass unterschiedliche Massen mit der gleichen Beschleunigung fallen, und daher fällt alles in einem Raumfahrzeug mit der gleichen Beschleunigung. Jedoch,

Es gibt diese „Jack and the Beanstalk“-Idee des Weltraumaufzugs. Ich bezweifle ernsthaft, ob das jemals gebaut wird, aber die Idee ist im Prinzip möglich.

http://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator

Die Idee hat natürlich einige Probleme. Insbesondere ist es schwierig, Massenelemente zu stapeln, ohne dass diese umfallen. Weicht die Schwerkraft am Massenmittelpunkt von seinem Fundament ab, fällt der Stapel um. Daher denke ich, dass die Idee, den Turm von Grund auf neu zu bauen, wahrscheinlich falsch ist.

Die Perspektive dafür liegt darin, von oben nach unten zu bauen. Es gibt Ideen zur Manipulation der Umlaufbahnen von Asteroiden. Die Russen wollen die Umlaufbahn des Asteroiden Apophis ändern, der 2029 der Erde nahe kommen wird. Angenommen, wir werden darin gut und manipulieren die Umlaufbahn eines Asteroiden in eine geosynchrone Umlaufbahn um die Erde. Eine geosynchrone Umlaufbahn hat einen Radius von 37.000 km, wobei die Umlaufzeit gleich der Rotationsperiode der Erde ist. Wie die Wiki-Seite zeigt, muss man dann ein Gegengewicht jenseits des geosynchronen Orbitalradius haben. Wenn man also einen Asteroiden mit ausreichender Masse und mit der richtigen materiellen Beschaffenheit hätte, könnte man den Turm von diesem Punkt aus nach unten bauen. Dies würde mit einem Aufbau nach oben mit einer Menge an Masse einhergehen, so dass der Massenmittelpunkt der entstehenden Struktur auf einer geosynchronen Umlaufbahn bleibt. Schließlich würde dies dann in diesen Turm eingebaut werden. Der Gravitationsgradient auf dieser entstehenden Struktur müsste sorgfältig überwacht und die Vibrationen darauf kontrolliert werden. Es wäre überhaupt nicht trivial, dies zu tun.

War es nicht in einer Science-Fiction-Geschichte von Arthur C. Clark?
Um im Penthouse in der Schwerelosigkeit herumtollen zu können, musste der Turm diese 37.000 km (geostationär) hoch sein (ich weiß nicht, ob das vom Erdmittelpunkt oder vom Meeresspiegel aus gemessen wird, aber der Unterschied spielt keine Rolle in Bezug auf " Durchführbarkeit".
Tatsächlich müsste es weit über der geostationären Höhe liegen, um (im Durchschnitt) das Gewicht des Kabels unter der geostationären Höhe auszugleichen.
AC Clarke hat vor etwa 20 Jahren einen Roman über einen Weltraumaufzug geschrieben. Ich erinnere mich nicht, wie sie das Ding im Roman gebaut haben. Ich habe versucht, den Punkt beizubehalten, dass der Schwerpunkt des Ganzen auf einer geosynchronen Umlaufbahn liegen muss. Sie brauchen also ein Gegengewicht weiter außen. Mein Verdacht ist, dass dies ziemlich pie in the sky Zeug ist. Ich vermute, es ist sehr unwahrscheinlich, dass wir das jemals bauen werden. Je weiter man in der Geschichte zurückgeht, desto mehr findet man Verpflichtungen zum Bau großer Dinge, Pyramiden, Kathedralen usw. über lange Zeiträume. Die moderne Welt ist „Fast-Food“, wo wir „es jetzt wollen“.
Die Langlebigkeit von Politiken, Programmen und die Vormachtstellung von Nationen sind immer mehr zeitlich komprimiert worden. Ägypten war 1000 Jahre lang eine Großmacht, Rom 500 Jahre, die Briten 250 Jahre, und jetzt läuft die Vormachtstellung der USA in weniger als 100 Jahren ab. Ein Zeichen des Fortschritts ist Zeitkompression --- und Ungeduld. Zukünftige Supermächte können Amtszeiten haben, die in Jahrzehnten gemessen werden. Andy Warhol hat uns alle mit 15 Minuten Ruhm verflucht.
@Lawrence Es gibt einige Vorschläge , die zwar mit der heutigen Technologie nicht ganz machbar sind, aber den Vorteil haben, dass keine extrem großen Investitionen erforderlich sind. Ich bin etwas optimistisch, was zukünftige Entwicklungen in diesem Bereich angeht, da die erforderlichen starken Verbundwerkstoffe wahrscheinlich aufgrund ihres inneren Wertes entwickelt werden, ohne dass gezielte Forschung und Entwicklung erforderlich sind.
Arthur C. Clarke-Romane über Weltraumaufzüge: „Fountains of Paradise“ (1979), „3001: The Final Odyssey“ (1997) und „The Last Theorem“ (2008, mit Frederik Pohl), die ich nicht gelesen habe. "Fountains of Paradise" enthielt eine Superfaser und die Konstruktion war "top-down".

Karl Brannen · Answer 4

Zu diesem Thema gibt es einen interessanten Übersichtsartikel:

Überprüfung neuer Konzepte, Ideen und Innovationen in Weltraumtürmen
Mark Krinker, (2010)

In den letzten Jahren, insbesondere nach 2000, wurden viele neue Konzepte, Ideen und Innovationen für Weltraumtürme angeboten, entwickelt und erforscht. Zum Beispiel: optimale feste Weltraumtürme, aufblasbare Weltraumtürme (einschließlich optimaler Weltraumtürme), kreisförmige und zentrifugale Weltraumtürme, kinetisch Weltraumtürme, elektrostatische Weltraumtürme, elektromagnetische Weltraumtürme und so weiter. Die gegebene Übersicht fasst die [s]e Forschungen kurz zusammen und gibt eine kurze Beschreibung [von] ihnen, notieren Sie einige [von] ihren Hauptvorteilen, Mängeln, Mängeln und Einschränkungen.

http://arxiv.org/abs/1002.2405

Das Obige ist so interessant, dass ich es als Ort empfehlen würde, an dem Sie nach interessanten Problemen für Ihren Grundkurs in Mechanik suchen können.

Anonymer Feigling · Answer 5

Re: die Ausgangsfrage:

Wenn Sie an der Spitze des Turms „Schwerkraftlosigkeit“ wollen, müssten Sie einen Turm bauen, der hoch genug ist, um die Höhe der geostationären Umlaufbahn zu erreichen: ein Punkt, an dem die Umlaufzeit eines Objekts im freien Fall der Zeit entspricht, die es benötigt Erde einmal drehen. Wie andere Kommentatoren darauf hingewiesen haben, wird dies in einer Höhe von ungefähr 35000 km über dem Boden geschehen. Viel Glück!

Betreff: Die Behauptung, dass "aber man immer noch sagen kann, dass die Einschränkungen eher technischer (und budgetärer) Natur sind als grundlegende physikalische Einschränkungen." Ich bin nicht einverstanden. Eine grundlegende physikalische Einschränkung ist die Tatsache, dass Materie durch chemische Bindungen zusammengehalten wird. Dies schränkt die Endfestigkeit jedes Materials ein (obwohl AFAIK für alle makroskopischen Materialien, die die Menschheit derzeit produziert, die Endfestigkeit weit unter dem liegt, was man von einem "perfekten" Material erhalten würde). Die ultimative Stärke begrenzt, wie hoch ein Turm gebaut werden kann. Dies ist zum Beispiel der Grund, warum kleine Asteroiden ziemlich asphärisch sein können, große Asteroiden (und Planeten) jedoch nicht: Ein stark asphärischer Planet würde unter seiner eigenen Gravitationskraft zusammenbrechen und aufgrund der endlichen Festigkeit seiner Materialien nahezu sphärisch werden gemacht aus.

Omega Centauri · Answer 6

Von unten unterstützte Türme sind etwas knifflig. Das Knicken begrenzt, wie hoch eine Säule sein kann. Um dies zu überwinden, ist eine zusätzliche seitliche Steifigkeit erforderlich, normalerweise durch Anbringen von Abspannseilen. Trotzdem wird es echte Grenzen geben, wie Anonymous Coward oben erwähnt hat, Festkörper erhalten ihre Steifheit durch chemische Wechselwirkungen zwischen Molekülen und Atomen, und das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ist begrenzt. Es gibt einige Pläne für einige Strukturen bis zu etwa einem Kilometer, aber die Kosten pro Einheitsvolumen des Gebäudes steigen für hohe Gebäude. Wir könnten durch die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren wahrscheinlich noch viel höher gehen, aber wir sind noch Jahre davon entfernt, praktische Abspanndrähte daraus zu konstruieren.

Sam Braun · Answer 7

Anstatt Material zu verwenden, vielleicht Magnetfelder, die in Stufen konfiguriert sind. Stellen Sie sich einen Plattenstapel vor, der in einem Abstand von der Größenordnung eines Meters getrennt ist. Magnetfelder von supraleitenden Magneten heben die Platten oben oder unten auf. Sensoren und ein elektronisches System passen die Felder dynamisch an. Ich frage mich, ob die Felder aufgrund der Zentrifugalkräfte der Erdrotation irgendwann anziehend werden müssten.

Welche Eigenschaften benötigt man für den Turmbau?

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Der Schafmann

AdamRotwein

mcodesmart

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Lubos Motl

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Martin Beckett

Georg

SF.

Alan Römer

dmckee --- Ex-Moderator-Kätzchen

SF.

SF.

David Cary

SF.

David Cary

David Cary

mmc

Alan Römer

mmc

anna v

Lawrence B. Crowell

anna v

Georg

lurscher

Lawrence B. Crowell

Lawrence B. Crowell

mmc

Kunst Braun

Karl Brannen

Anonymer Feigling

Omega Centauri

Sam Braun