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Es müssen nicht immer Raketen sein – manchmal tut es ein einfaches Seil. Nach einem Prinzip, das in den 50er Jahren durch Arthur C. Clarke berühmt wurde, wollen amerikanische Firmen das erste Orbitalseil bauen – und damit die Weltraumfahrt revolutionieren.
Vielleicht habt ihr schon einmal vom indischen Seiltrick gehört – ein indischer Strassenzauberer (Fakir) wirft ein Seil in Richtung Himmel, doch anstatt wieder herunter zu fallen, bleibt es oben, ohne dass es von irgend was festgehalten würde. Dann klettert ein Junge daran hoch, verschwindet in den Wolken, das Seil trägt ihn scheinbar mühelos. Der Fakir folgt ihm, mit einem Messer bewaffnet, und bald darauf fallen Körperteile (jene des Jungen) in einen Korb neben dem stehenden Seil. Dann kommt der Fakir wieder herunter, legt ein Tuch über den Korb, und siehe da, der Junge entsteigt dem Korb völlig unverletzt, das Publikum tobt, die Vorstellung ist gelungen (Tatsächlich wurde dieser „Trick“ nachweislich von einer amerikanischen Zeitung in die Welt gesetzt, die hoffte, damit ihre Auflage zu stärken).
Erstaunlicherweise gibt es den indischen Seiltrick wirklich – er ist zwar nicht ganz so blutig, dafür aber könnte er unsere Zukunft entscheidend beeinflussen. Das ganze nennt sich Orbitalseil, manchmal auch Weltraumlift.
Schon in der Frühzeit der Raumfahrt fragte man sich, ob es denn möglich wäre, einen so hohen Turm zu bauen, dass seine Spitze ausserhalb der Atmosphäre zu liegen käme. Von dort aus liessen sich dann Satelliten und Raketen wesentlich einfacher (und ohne Luftreibung) starten, stellte man sich vor. Das Problem mit den hohen Türmen ist die Statik, die irgendwann versagt, und es verbietet, immer noch höhere Türme zu bauen. Doch wie steht es mit Seilen?
Diese Idee erscheint zunächst unlogisch: wie soll sich ein Seil ohne weitere Hilfe in der Luft halten können? Um das zu erklären, muss ich etwas ausholen.
Die Bewegung eines Objekts in Bezug auf die Erde hängt im luftleeren Raum von zwei Dingen ab. Einerseits von der Gravitation der Erde, die das Objekt in Richtung Erde ziehen möchte. Anderseits die Fliehkraft, die sich (wie bei einer Steinschleuder) aus der hohen Geschwindigkeit des Objekts ergibt und die es von der Erde wegziehen möchte. In einer Erdumlaufbahn, wie etwa jene, in der sich die internationale Raumstation ISS oder das Space Shuttle jeweils befinden, heben sich diese beiden Kräfte exakt auf – daher die Schwerelosigkeit. Die dazu erforderliche Geschwindigkeit hängt von der Entfernung zur Erde ab und wird „Orbitalgeschwindigkeit“ genannt. Ein Objekt, das sich schneller als mit Orbitalgeschwindigkeit bewegt, wird sich von der Erde entfernen, weil die Fliehkraft über die Gravitationskraft überwiegt. Im Gegensatz dazu wird ein Objekt, das sich langsamer als Orbitalgeschwindigkeit bewegt, auf die Erde zufallen, weil hier die Gravitationskraft über die Fliehkraft überwiegt.
Diese Orbitalgeschwindigkeit hängt, wie schon erwähnt, von der Entfernung zur Erde ab. In der Höhe, in der die ISS und das Space Shuttle kreisen, beträgt sie etwa 8 Kilometer pro Sekunde. In der Entfernung, in der die geostationären Fernseh- und Kommunikationssatelliten kreisen, beträgt sie nur noch etwa 3 Kilometer pro Sekunde, und der Mond kreist mit nur noch einem Kilometer pro Sekunde um die Erde. Die geostationären Satelliten heissen so, weil sie für eine Umkreisung der Erde genau 24 Stunden brauchen, also gleich lang, wie die Erde braucht, um sich einmal um sich selbst zu drehen – deshalb sind sie in Bezug auf die Erde (geo-) stationär, das heisst, sie stehen, von der Erde aus gesehen, immer am gleichen Punkt über dem Boden.
Aus diesem geostationären Orbit beginnen wir nun, ein Seil in Richtung Erde abzuwickeln. Da das untere Ende des Seils sich nicht schneller bewegen kann, als das obere Ende, wirkt auf das Seil bald eine Kraft in Richtung Erde, denn das untere Seilende bewegt sich langsamer als mit Orbitalgeschwindigkeit, wodurch die Gravitation an diesem Seilende überwiegt. Glücklicherweise gibt es aber eine Art, diesen Effekt zu kompensieren: wir bauen einfach auch ein Seil in die andere Richtung, von der Erde weg. Das erdferne Seilende bewegt sich nun zu schnell, verglichen mit der Orbitalgeschwindigkeit (die ja nach aussen immer mehr abnimmt, wie wir soeben gesehen haben). Damit ergibt sich eine Nettokraft nach aussen. Die beiden Kräfte, jene des unteren Seilendes, die nach unten zieht, und jene des oberen Seilendes, die nach oben zieht, gleichen sich exakt aus. Wir bauen nun das untere Seilende weiter in Richtung Erde, und das äussere weiter hinaus in den Weltraum, wobei wir immer darauf achten, dass sich die Kräfte die Waage halten. Wir beenden die Bauarbeiten, wenn das untere Seilende die Erdoberfläche berührt. Der Seiltrick ist geschafft!
Nun kann das Seil als Lift benützt werden, um Güter und Menschen vom Erdboden hoch hinauf in den Weltraum zu transportieren. Dies ist wesentlich günstiger als mit Raketen: der Kilopreis würde von heute über 10’000 Dollar auf 100 Dollar fallen: plötzlich könnten auch Staaten mit bescheidenen Geldmitteln Raumstationen bauen. Weltraumtourismus wäre billig und für alle verfügbar. Mit der Zeit könnten dutzende oder hunderte dieser Seile gebaut werden, und man könnte grosse Mengen an Material ins Weltall schaffen. Am oberen Ende des Seils angekommen, bräuchten einmal gebaute Raumschiffe das Seil bloss im richtigen Moment loszulassen, und würden dann allein von der Fliehkraft zu ihrem fernen Ziel im Sonnensystem geschleudert. All die Weltraumträume wären plötzlich in greifbarer Nähe.
Nun, ganz so einfach ist es leider nicht. Zunächst einmal gilt es, ein Material zu finden, dass diesen gewaltigen Kräften gewachsen ist. Das Seil ist über 100’000 Kilometer lang – und muss eine gewaltige Zugkraft aushalten. Allerdings gibt es Hinweise darauf, dass sogenannte Nanotubes (winzige Röhrchen aus Kohlenstoffatomen) gerade fest genug sein könnten, um den Bau eines solchen Seils zu ermöglichen.
Dann stellt sich die Frage, wer dieses Seil bauen würde und für welche Zwecke es gebraucht werden würde. Wer bekommt Zugang zum Weltraum? Wird die Bodenstation des Seils nicht plötzlich einen hohen strategischen Wert bekommen? Wer wird sie gegen Angriffe verteidigen? Was wird der Verteidiger dafür fordern?
Was passiert, wenn das Seil reisst? Der obere Teil des Seils würde in diesem Fall davon geschleudert und auf nimmerwiedersehen in den interplanetaren Raum geschleudert. Der untere Teil des Seils würde auf die Erde zurück fallen und zu einem grossen Teil in der Atmosphäre verglühen. Lediglich die untersten Kilometer des Seils könnten lokalen Schaden anrichten. Deshalb ist auch geplant, die Basisstation des Seils im offnen Meer zu bauen, etwa als schwimmende Plattform.
Bei allen Schwierigkeiten: das Orbitalseil hat eine grosse Zukunft, wenn es gelingt, die bestehenden Probleme zu überwinden. Orbitalseile sind nicht nur bei der Erde möglich: auch beim Mond ist ein solches denkbar, allerdings nach ein bisschen anderen himmelsmechanischen Prinzipien. Auch auf dem Mars könnte ein solches Seil gebaut werden. Das Seil könnte auch genutzt werden, um wertvolle Metalle, die auf dem Mond oder im Asteroidengürtel abgebaut wurden, unbeschadet und günstig auf die Erde hinunter zu bringen. Das Sonnensystem könnte zur neuen Rohstoffkammer der Erde werden.