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.

Hier findet man neue Methoden für den Aufbau einer
Material- und Energieversorgung auf dem Mond:

http://www.e-stories.de/view-kurzgeschichten.phtml?30984

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.

http://www.solarmillennium.de/upload/Download/Technologie/Andasol1-3deutsch.pdf

Bilder:

Staub-Torus:

http://members.chello.at/karl.bednarik/STAUBTOR.PNG

Gauss-Katapult:

http://de.wikipedia.org/wiki/Gau%C3%9Fgewehr

Flugbahn:

http://members.chello.at/karl.bednarik/STAUBAHN.PNG

Hohmann-Bahn:

http://de.wikipedia.org/wiki/Hohmann-Bahn

Elektrostatischer Feinstaub-Sammler:

http://members.chello.at/karl.bednarik/FEISTASA.PNG

Mond-Staub:

http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/259525.html

Moon dust:

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

Spektrum der Wissenschaft, Hans-Georg Baum:

http://www.spektrum.de/artikel/1000007

Spektrum der Wissenschaft, Karl Bednarik:

http://www.spektrum.de/artikel/1003692

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.


Karl Bednarik, Anmerkung zur Geschichte

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• http://s880616556.online.de/index.html

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