Aus der Kategorie „Science-Fiction“ (Kurzgeschichten):
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Karl Bednarik
Der Staub-Torus
Eine utopische Kühlmethode
Die Idee des Staub-Torus stammt von dem US-amerikanischen
Science-Fiction-Autor Murray Leinster.
Murray Leinster dachte aber in "Doctor to the Stars" (1964)
eher an Ionenwolken, die aber rasch verwehen würden.
Kurzfristig wird die Erde durch das Kohlendioxid wärmer.
Langfristig steigt die Strahlungsleistung der Sonne an, das
hat nichts mit dem späteren Roten-Riesen-Stadium zu tun.
Ein Staub-Ring oder Staub-Torus könnte seinen Schatten
auf die Erde werfen.
Die Links zu den Bildern befinden sich im Autoren-Kommentar.
In der Mitte der Vorderseite des Mondes wird ein
auf dem Äquator aufliegendes Gauss-Katapult gebaut,
das gegen die Umlaufrichtung des Mondes feuern kann,
und das von Solarzellen versorgt wird.
Dadurch kann ein Staubring innerhalb der Mondbahn
erzeugt werden, und auch Baumaterial für eine
L5-Station transportiert werden, und sogar Material
zur Erde geschickt werden.
Berechnung der Länge des Gauss-Katapults:
Für Personentransport mit 10 m/s^2 Beschleunigung und
238 s Beschleunigungsdauer (v=a*t), also rund 4 Minuten,
beträgt die Länge 283 km (s=(a/2)*t^2).
Diese Beschleunigung schafft sogar der Transrapid.
Mit mehr Beschleunigung verkürzt sich diese Länge.
Für die Energieversorgung würde ein 400 m breiter und
250 km langer Streifen von Solarzellen entlang des
Gauss-Katapults ausreichen.
Die Staubkapseln müssen im Perigäum (Erdnähe) ein
wenig abgebremst werden, denn sonst liegt ihr
Apogäum (Erdferne) wieder auf der Mondbahn.
Ein Staub-Torus würde seinen Schatten gleichmäßiger
auf die Erde verteilen, als ein Staub-Ring.
Dazu genügt eine geringe Geschwindigkeitskomponente
parallel zur Erdachse.
Eine bevorzugte Kühlung der Tropen kann aber nicht schaden.
Berechnung des Leistungsbedarfs:
2.380 m/s Fluchtgeschwindigkeit vom Mond,
2.832.200 J/kg Fluchtenergie vom Mond (m*v^2/2),
1.370 W/m^2 Solarkonstante, im Mittel aber nur
436 W/m^2 durch die Rotation des Mondes relativ zur Sonne (d/Pi),
436.084.544 W/km^2 geteilt durch
2.832.200 J/kg ergeben bei 100 % Wirkungsgrad
154 kg/s abgeschossenes Material,
bei einem realistischen Gesamtwirkungsgrad von
Solarzellen und Gauss-Katapult von 10 % und bei
geforderten 1.540 kg/s benötigt man daher
100 km^2 Solarzellen, also z. B. 10 km * 10 km.
Berechnung einer Folienscheibe:
6.378 km äquatorialer Erdradius,
127.802.895 km^2 Querschnittsfläche der Erde.
Für eine vollständige Abschirmung der Sonnenstrahlung
benötigt man eine Schichtdicke von rund 1000 nm,
eine solche Schicht hat bei 1 km^2 Fläche 1 m^3 Volumen.
Man benötigt also daher 127.802.895 m^3 Material,
das sind rund 0,128 km^3.
Einerseits benötigt man keine vollständige Abschirmung,
und andererseits ist der Staubring viel größer als die
Querschnittsfläche der Erde.
Wenn man eine Folie von 1000 nm Dicke in Staubpartikel
von 1000 nm Größe zerlegt, dann kommen 36,8 % (1/e)
des Lichtes durch.
Berechnung des Zeitverbrauchs:
127.802.895 m^3 Material mit einer Dichte von 1 g/cm^3
wären 127.802.895.000 kg Masse, unser 100 km^2
Solarzellen-Gauss-Katapult schafft 1.540 kg/s, man
benötigt also 82.988.893 s = 961 Tage = 2,63 Jahre.
Die Dichte von Silikaten liegt bei etwa 3 g/cm^3,
und man benötigt Kapseln aus meteoritischem Eisen
mit einer Dichte von 7,9 g/cm^3, was die Arbeitszeit
auf etwa 10 Jahre erhöhen wird.
Das Rohmaterial liegt auf der Mondoberfläche, und das
meteoritische Eisen kann man mit Magneten leicht aus
dem Mondstaub holen und im Sonnenofen schmelzen.
127.802.895 m^3 Material würden auf 1 km^2 Fläche
eine 128 m hohe Schicht bilden.
127.802.895 m^3 Material würden auf 10.000 km^2 Fläche, also
z. B. 100 km * 100 km, nur eine 1,28 cm hohe Schicht bilden.
Man muss also nicht den ganzen Mond entstauben.
Abschätzung der Lebensdauer:
Wenn die Dicke einer Folie 769 nm wäre, und die Dichte dieser
Folie 1 g/cm^3 wäre, dann wäre der Strahlungsdruck der
Sonne (bei Absorption) und die Gravitation der Sonne völlig
gleich, ganz unabhängig davon, wie weit man von der Sonne
entfernt ist (beides 1/r^2).
Das gleiche gilt natürlich auch für Staubpartikel.
Der Staubring wird durch den Lichtdruck des Sonnenlichtes
langsam ausgedünnt, so dass er sich selbst entsorgt, wenn
man ihn nicht ständig ergänzt.
Der Lichtdruck des Sonnenlichtes würde wahrscheinlich die
Kreisbahnen der Staubpartikel des Staub-Torus um die Erde
stören, aber in der einen Hälfte der Kreisbahnen würde er
die Partikel beschleunigen, und in der anderen Hälfte
wieder abbremsen.
Wenn der Lichtdruck die Staubpartikel beschleunigt,
dann gelangen sie auf eine ansteigende Halb-Ellipse.
Wenn der Lichtdruck die Staubpartikel abbremst,
dann gelangen sie auf eine abfallende Halb-Ellipse.
Die Stelle maximaler Beschleunigung wird zum Perigäum (Erdnähe).
Die Stelle maximaler Verzögerung wird zum Apogäum (Erdferne).
Sobald das Perigäum die Erdatmosphäre streift, verglühen
die Staubpartikel.
Der ultraviolette Anteil des Sonnenlichtes würde
wahrscheinlich Elektronen aus den Staubpartikeln schlagen,
so dass diese elektrostatisch positiv geladen werden würden.
Das würde zwar verhindern, dass sich jene Staubpartikel, die
sehr ähnliche Kreisbahnen um die Erde haben, miteinander
verkleben, aber welchen Einfluss dann das Magnetfeld der
Erde auf ihre Bahnen hat, ist noch nicht völlig geklärt.
Anmerkungen von Karl Bednarik zur Kurzgeschichte:
Für die atmosphärische Bremsung genügt ein keramisches
Hitzeschild, welches ebenfalls aus Mondmaterial hergestellt wird.
Natürlich wird auch das Gauss-Katapult und der grösste Teil der
Solarzellen erst auf dem Mond aus Mondmaterial hergestellt, am
besten durch selbstreproduzierende Automaten, denen man von der
Erde aus relativ einfach Steuerbefehle senden kann.
Mit der energetischen Amortisationszeit eines Kraftwerks wird
die Zeit bezeichnet, die das Kraftwerk benötigt, um die Energie
zu erzeugen, die zum Bau der Kraftwerksanlage erforderlich war.
Die energetische Amortisationszeit von Photovoltaikanlagen auf
der Erde liegt bei etwa 50 Monaten, und ihr Wirkungsgrad beträgt
etwa 16 %.
Die energetische Amortisationszeit von solarthermischen
Parabolrinnenkraftwerken auf der Erde liegt bei etwa 5 Monaten,
und ihr Wirkungsgrad beträgt etwa 15 %.
Auf dem Mond werden beide energetische Amortisationszeiten
vermutlich nur halb so lange dauern.
Der Unterschied zwischen diesen beiden energetischen
Amortisationszeiten liegt darin, dass man zum Bau von
Photovoltaikanlagen viel hochwertigere Werkstoffe benötigt,
als zum Bau von solarthermischen Parabolrinnenkraftwerken.
Für selbstreproduzierende Automaten ist es daher etwa 10 mal
günstiger, solarthermische Parabolrinnenkraftwerke zu verwenden.
Alle folgenden Werkstoffe kommmen auf dem Mond massenhaft vor:
Flüssiges Wärme-Medium, Schmiermittel, und Dampf für die
Dampfturbinen: Kalium, Schmelzpunkt 63 °C, Siedepunkt 759 °C,
dieser Siedepunkt gilt nur bei einem Druck von 1 bar,
und ist bei niedrigerem Druck auf dem Mond niedriger,
Kalium ist nur auf der Erde hochgradig feuergefährlich.
Rohre und Turbinen aus Eisen, Schmelzpunkt 1535 °C,
Eisen reagiert nicht mit Kalium.
Magnetkerne für Transformatoren und Motoren: Eisen-Nickel-
und Eisen-Silizium-Legierungen, Ferrit (Eisen und Eisenoxid).
Parabolrinnen-Spiegel und Stromleiter: Aluminium.
Isolatoren: Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Silikate aller Art.
Gleichrichter: Silizium.
Die Mikroprozessoren kann man einfach von der Erde senden,
weil ihre Masse sehr gering ist.
Die Lorentzkraft ist die Kraft, die ein elektromagnetisches
Feld auf eine bewegte elektrische Ladung ausübt.
Die Richtung ergibt sich aus der Rechte-Hand-Regel:
zeigt der Daumen in Stromrichtung und
der Zeigefinger in Richtung des Magnetfeldes, dann
zeigt der Mittelfinger in Richtung der Lorentzkraft.
Sagen wir zum Beispiel,
dass der Himmelsnordpol über dem eigenen Kopf ist,
dass die Erde der eigene Körper ist, und dass
die nach vorne ausgestreckte Hand ein Staubteilchen ist.
Die Staubteilchen sind positiv geladen, und sie kreisen,
vom Himmelsnordpol aus gesehen, gegen den Uhrzeigerinn.
Daher zeigt der Daumen nach links.
Am geographischen Nordpol befindet sich ein magnetischer Südpol.
Daher zeigt der Zeigefinger nach oben.
Der Mittelfinger zeigt nun vom eigenen Körper weg.
Die Staubteilchen unterliegen also einer um die
Lorentzkraft verminderten Erdanziehungskraft.
Die Rechte und die Verantwortlichkeit für diese Geschichte liegen beim Autor (Karl Bednarik). Die Geschichte wurde auf Wunsch von Karl Bednarik auf e-Stories.de aufgenommen - Vielen Dank! Die Betreiber von e-Stories.de übernehmen keine Haftung für den Beitrag oder vom Autoren verlinkte Inhalte. Veröffentlicht auf e-Stories.de am 03.08.2009. - Infos zum Urheberrecht
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