Weltraumfahrstuhl
Der Weltraumfahrstuhl ist die pfiffigste und zugleich preiswerteste Möglichkeit das All zu erreichen. Aus mehreren Gründen kann der Weltraumfahrstuhl nur am Äquator gebaut werden. Da ist es natürlich ideal, wenn sich dort bereits ein „Bauplatz“ befindet, nämlich unsere Insel Aquarius. Alle Vorteil, die für Aquarius gelten, sind für den Weltraumfahrstuhl gleichermaßen wichtig, besonders die politische Autonomie. Der Bau und Betrieb an Land kann immer wieder durch politische Ereignisse gefährdet werden. Auf Aquarius behalten wir die vollständige Nutzungsmöglichkeit.
Funktion
Von einem geostationären Satelliten wird ein Kabel Richtung Erdoberfläche herabgelassen. Gleichzeitig wird ein zweites Kabel in die entgegengesetzte Richtung vom Satelliten weggeführt. Das erste Kabel ist langsamer als der Satellit, zieht ihn also herab. Das zweite Kabel dagegen ist schneller, zieht ihn also herauf. Dadurch bleibt der Satellit auf seiner geostationären Position. Beide Kabel werden immer weiter verlängert, bis das erste die Erdoberfläche erreicht. Dort wird es verankert, das zweite Kabel noch etwas verlängert, so dass die Fliehkraft das Kabel straff gespannt hält. 
Das ganze Bauwerk reicht nun von der Erdoberfläche bis zur geostationären Umlaufbahn (35.795 km Höhe) und darüber hinaus bis zu 144.560 km Abstand von der Erdoberfläche. Raumfahrt funktioniert dann wie Fahrstuhl fahren. Die Nutzlast fährt am Kabel entlang, wird auf die richtige Höhe gebracht, dort ausgeklinkt und in die gewünschte Umlaufbahn gebracht. Beim Herunterfahren wird die Bremsenergie wieder zurück gewonnen und dazu benutzt, die nächste Nutzlast zu transportieren. Selbst bei vorsichtiger Kalkulation liegen die reinen Energiekosten bei höchstens 5 EURO pro Kilogramm Nutzlast.
Warum gibt es noch keinen Weltraumfahrstuhl?
Das verwendete Kabel muss in der Lage sein, knapp 36.000 km zu überbrücken. Ein Kabel mit konstantem Durchmesser wird bei einer bestimmten Länge aufgrund seines eigenen Gewichts abreißen. Diese Länge nennt sich Reißlänge.
Reißlängen herkömmlicher Materialien:
50 km - Stahl
85 km - Nylon®
135 km - Glas
200 km - Kevlar®
330 km - Dyneema® (Stärkste kommerziell verfügbare Faser)
Reißlängen anderer Materialien (bisher nur im Labormaßstab erhältlich):
900 km - Monokristallines Aluminiumoxid
1100 km - Monokristallines Siliziumcarbid
3000 km - Monokristallines Graphit
5000 km - Monokristalliner Diamant
Reißlängen denkbarer Materialien (wahrscheinlich erst in vielen Jahren erhältlich):
3000 km - Buckytubes
5000 km - Diamondoid (Nanotechnologie)
9000 km - Metallischer Wasserstoff
Das sieht nun nicht sehr viel versprechend aus, aber glücklicherweise ist nur der unterste Teil des Fahrstuhls der vollen Erdanziehungskraft ausgesetzt und diese nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Dadurch verringert sich die erforderliche Reißlänge auf nur noch 5000 km.
Das ist zwar immer noch zuviel für die meisten Materialien. Trotzdem kann ein Kabel viel länger sein, als seine Reißlänge.
Dazu eine kleine Überlegung:
Ein Kabel mit einer Reißlänge von 100 km wird genau in der Mitte durchgeschnitten. Jedes Teil ist also 50 km lang und kann weitere 50 km tragen. Beide Teile zusammen können also 100 km tragen. Somit ergibt sich eine Gesamtlänge von 150 km. Das läßt sich theoretisch unendlich fortsetzen. 
Es ist also erforderlich, dass das Kabel sich von oben nach unten verjüngt. Damit die Masse des Turms sich aber in vernünftigen Größen hält, sollte die Reißlänge des verwendeten Materials mindestens 500 km besser aber 1.000 km betragen.
Bei 1.000 km verjüngt sich der Kabeldurchmesser etwa um den Faktor 100. Außerdem können monokristalline Keramikfasern verwendet werden, die derzeit zumindest theoretisch herstellbar sind.
Das erste Kabel muss noch mit einer Rakete ins All befördert werden. Das bedingt ein geringes Gewicht und dadurch einen Kabeldurchmesser von nur wenigen µm. Sobald das erste Kabel mit der Erdoberfläche verbunden ist, wird der weitere Materialtransport damit erfolgen und somit sehr viel preiswerter sein.
Das wirtschaftliche Potential eines Weltraumfahrstuhls ist beträchtlich. Die Transportkosten ins Weltall werden mindestens um den Faktor 100 reduziert.
Zum Vergleich: der Bau der ersten Eisenbahnen im 19. Jahrhundert verringerte die Transportkosten "nur" um den Faktor 3. Dadurch wurde die industrielle Revolution dramatisch beschleunigt.
Ein vergleichbares Beispiel: der Suezkanal verkürzte den Seeweg vom Persischen Golf nach Westeuropa um 9.100 km. Die Suezkanalgesellschaft schüttete, bis zu ihrer Verstaatlichung, regelmäßig 25% Dividende aus.
Der Bau des Weltraumfahrstuhls hängt hauptsächlich von der Verfügbarkeit des Baumaterials ab. Es gibt meines Wissens weltweit keinen Hersteller endloser, monokristalliner Fasern mit der erforderlichen Reißlänge.
Dieses Material könnte auch gut in anderen Bereichen eingesetzt werden, bei denen es auf Gewicht und Stärke ankommt, wie z.B. für Flugzeuge, Schiffe, Seile, kugelsichere Westen. Ein interessantes Einsatzgebiet könnte auch die Herstellung von Fallschirmen für komplette Verkehrsflugzeuge sein.
Um einen Hersteller dieses Materials zu finden bzw. um über eine Eigenproduktion entscheiden zu können, ist eine Marktstudie erforderlich. Diese soll von der Foundation finanziert werden.
Der Bau eines Weltraumfahrstuhls ist eine echte Herausforderung:
- Das Material ist noch nicht verfügbar.
- Weltraummüll kann die Struktur beschädigen.
- Korrosion durch die Erdatmosphäre greift den unteren Teil des Kabels an.
- Es ist unklar wie sich Erdgravitation, Coriolis-Kraft und Störungen durch den Mond auf die Struktur auswirken werden.
- Durch die Bewegung durch das Erdmagnetfeld werden Ströme induziert, die zum Verbrennen der Tragseile führen können.
- Durch die lange Aufenthaltszeit im Strahlungsgürtel der Erde können irreparable Schäden bei den Passagieren auftreten.
Alternativen:
Coilgun
Ein elektromagnetischer Massenbeschleuniger ist eine Röhre, die von elektromagnetischen Spulen umgeben ist. Damit können Lasten mit extrem hoher Beschleunigung ins All befördert werden. Massenbeschleuniger unter 1000 km Länge sind wegen der auftretenden Beschleunigungskräfte (100 - 1000 g) nicht für Lebewesen oder zerbrechliche Fracht geeignet. Kurze bis zu 20 km lange Startröhren sind dagegen ideal, um Material in den Orbit zu befördern.
Bielfeld-Brown-Effekt
Der Bielfeld-Brown-Effekt wurde von einem unserer Mitglieder erforscht und bestätigt. Die benötigte Energie für einen Transport in den Orbit übersteigt die benötigte Energie für eine Rakete bei weitem.
Dampfrakete
Der Weg zu einer raumfahrenden Zivilisation führt über den preiswerten Zugang zum All. Viele Ideen wurden schon erdacht, um dieses Ziel zu erreichen. Doch alle diese Projekte haben Nachteile, bislang ist noch keines erprobt, die Kosten sind astronomisch und allein die Zinskosten dieser Großprojekte sind so hoch, dass sich die Transportkosten kaum reduzieren werden. Das gilt vorläufig auch für den Weltraumfahrstuhl. Unserer Ansicht nach können derzeit nur einfach konstruierte Raketen den Weg ins All öffnen.
Es ist einfach auf die Raumfahrtindustrie und die NASA zu zeigen, bei ihren Konstruktionen deren Wirtschaftlichkeit zu vergessen. Robert Zubrin in “Entering Space” bringt einige interessante Beispiele. Das mag so sein, aber es gibt auch andere Gründe dafür, dass Raketen einfach so teuer sein müssen, wie sie sind.
Die heutigen Raketen sind darauf ausgelegt, möglichst große Nutzlasten ins All zu befördern. Das heißt, nur die energetisch besten Treibstoffe kommen zum Einsatz. Und das sind oft flüssiger Wasserstoff und flüssiger Sauerstoff. Diese Treibstoffkombination erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand. Das beginnt bei den Tanks, die mit einer dicken Isolierschicht umhüllt werden, um den Treibstoff am Verdunsten zu hindern. Die Ventile und Leitungen müssen vor Vereisung geschützt werden und das Material muss resistent gegen den aggressiven Wasserstoff sein. Turbopumpen sind erforderlich, um den Treibstoff zu fördern und die Düsen müssen gekühlt werden, damit sie nicht schmelzen. Elektronische Flugsteuerung, schwenkbare Düsen und leichtgewichtige Materialien treiben die Kosten weiter in die Höhe. Hinzu kommt eine gewisse Überorganisation und die Verteilung der Fixkosten auf eine zu geringe Anzahl von Starts.
Schon Heron von Alexandria nutzte mit der Aeolipile die Eigenschaft von Wasser, Energie in Form von Wärme gut speichern und unter der Verrichtung von Arbeit wieder abgeben zu können. Für einen Raketenantrieb wird ein Behälter mit Wasser gefüllt. Das Wasser wird stark erhitzt, der Druck im Behälter steigt an, dadurch kann das Wasser auf weit mehr als 100°C erhitzt werden. Die Düse wird geöffnet, das Wasser verdampft schlagartig und erzeugt beim Ausströmen einen Rückstoß, der die Rakete antreibt.
Wasserdampf als Antrieb ist preiswert, sauber und sicher. Es gibt keine Transportprobleme mit kyrogenen oder explosiven Treibstoffen. Die Auswirkungen auf die Umwelt sind minimal. Falls der Treibstofftank platzen sollte, tritt nur heißes Wasser in die Umgebung aus.
Eine „dampfbetriebene“ Rakete ist wieder verwendbar, da die Bauteile keiner allzu großen thermischen Belastung ausgesetzt werden. Die Konstruktion ist vergleichsweise einfach, da nur wenige Teile benötigt werden. Turbopumpen, isolierte Tanks, Kühlsysteme oder hitzebeständige High-Tech-Materialien entfallen.
Diese vorteilhaften Eigenschaften wurden bereits bei Beschleunigungsschlitten für Crashtests genutzt. Die Technische Universität Berlin baute die Heißwasserrakete Aquarius, die Universität Bremen die Heißwasserrakete Neptun. Auch mehrere Amateurraketenvereinigungen haben sich schon mit dem Bau von Heißwasserraketen beschäftigt.
Der einzige Nachteil von Wasserdampf ist sein niedriger spezifischer Impuls, der nicht ausreicht, um eine Nutzlast in eine Umlaufbahn zu befördern. Für Höhenforschungsraketen, Parabelflüge oder als Beschleunigungsschlitten für Raumtransporter ist er allerdings ideal.
Die Dampfrakete, die ein Projektteam der LUF(G) mit den folgenden Dimensionen entwickelt hat, ist in der Lage durch pure Dampfkraft eine Höhe von 100 km zu erreichen.
 | Minrak - Minimalrakete Antrieb: Wasserdampf |