Unterwegs auf Vehikel, das halbe Schallgeschwindigkeit macht - Öh?

[KaPunkt]

Moin!
Um eine ganze Menge Physik mogele ich mich ja gerade herum, weil ich Space FANTASY schreibe, aber manches muss halt einfach passen.
Also, Schauplatz ist ein planetarer Aufzug. Ich war so frei, zu behaupten, dass dieser Aufzug ziemlich schnell unterwegs ist, um die Reisezeit zwischen Station und Planetenoberfläche auf 2-3 Tage zu begrenzen. Dafür muss das Ding etwa mit halber Schallgeschwindigkeit unterwegs sein. (ca. 600km/h)
Jetzt haben meine Helden den grandiosen Plan gefasst, diesen Aufzug während seiner Fahrt zu überfallen.
Die Idee ist, mit ihrem Raumschiff (auch fähig zu Atmosphärenflug) auf der Aufzugkapsel zu landen, die Hülle der Kapsel aufzuschweißen und rein zu hopsen.
Yay! Bad Ass!
Öhhh.
Geht das?

Grundsätzlich landen sie auf einer fallenden Masse. Auf was muss ich achten?

Die Kapsel sollte den größten Teil des Fahrtwinds abhalten, oder? Oder gibt das Verwirbelungen?
Die Kapsel hat ungefähr die Größe eines kleinen Containerschiffes. Das landende Raumschiff ist eher im Bereich 30m Länge unterwegs, also deutlich kleiner. Könnte das Raumschiff einen ruhigen Fleck finden?
Schwerkraft sollte kein Problem sein? Sie können den Überfall so timen, dass die Kapsel bereits sicher in der Gravitation des Planeten hängt?
Ich denke, das Gewicht des Schiffs sollte auf das Gleichgewicht der Kapsel keinen Einfluß haben? Sie könnte im Zweifel nah am Mittelpunkt landen?
Oder im schlimmsten Fall leicht gegensteuern? (Ich schätze, Klauen um sich an der Kapsel fest zu verankern, kann ich dem Schiff noch spendieren?)

Liebe Grüße,
KaPunkt

[Mondfräulein]

Ich habe eigentlich echt keinen Plan, aber mir kam diese Erklärung in den Sinn, die ich dir als physikalisch völlig ungebildeter Mensch abkaufen würde: Wichtig ist, mit welcher Geschwindigkeit sie von welcher Richtung an die Kapsel andocken. Die Geschwindigkeit beider Fahrzeuge sollte ziemlich ähnlich sein. Trotzdem kann es sein, dass sie, wenn sie zum Beispiel im rechten Winkel (Fahrstuhl vertikal, Raumschiff kommt von horizontal dazu) den Fahrstuhl zum Schwanken bringen. Deshalb kommen sie mit ihrem Raumschiff ebenfalls von oben und passen auf, dass sie beim Aufprall wenn dann nur geringfügig schneller sind. Einen möglichen Ruck gibt es dann nur nach unten, die Richtung, in die sich das Gefährt sowieso schon bewegt. Dadurch, dass beide Fahrzeuge eine ähnliche Geschwindigkeit haben, wird nicht zum Beispiel eines auf einmal stark abgebremst.

Ich habe keine Ahnung, ob das so Sinn macht, aber wenn ich das lesen würde, würde ich dir das abkaufen und denken ja, das macht total Sinn, das ist echt durchdacht. Das mit dem Luftwiderstand ist auch so eine Sache, aber da könntest du entweder sagen, dass sie weit genug oben sind, dass das keine Rolle spielt, oder dass sie oben auf der Kapsel landen. Da ist die Frage, ob sie sich vielleicht am Raumschiff festsaugen, denn bei so hohen Geschwindigkeiten sollte der Luftwiderstand selbst bei niedrigem Luftdruck nicht ohne sein. Raumschiffe können darauf ausgelegt sein, Menschen haben bestimmt Schwierigkeiten.

[Wildfee]

Eigentlich habe ich keine Ahnung, aber ich werfe einfach mal das hier in den Raum:
https://rechneronline.de/g-beschleunigung/

Ich bin mir nicht sicher, ob das mit den Beschleunigungskräften so hinhaut. Ich nehme an, dass du beim Andocken darauf achtest, dass da eine Luftschleuse integriert ist bzw. dein Raumschiff sich an die Kapsel ansaugt?

[Barra]

Hi.

Hab neulich mit dem Mini-Ork die Sendung mit der Maus geschaut. Wusstet ihr, dass die ISS-Station "nur" 400 Kilometer von der Erde entfernt ist?
Will damit sagen: Ich glaube nicht, dass du 3 Tage mit dem Aufzug bräuchtest.

Im vergangenen Jahr hat dabei der Climber vom Team der TU eine Beschleunigung von unglaublichen 0,7 sec (von 0 auf 100 km/h) erreicht. Ein solcher Weltraumaufzug wäre bei einer Geschwindigkeit von 200 km/h in zwei Wochen im Orbit, in 80.000 km Entfernung angekommen. Zum Vergleich – die ISS schwebt in einer Höhe von 400km um die Erde und dieser Climber hätte sie bereits nach 2h passiert… !

Vestner Nur mal als Vergleich, ob 200km/h in die Höhe an einem Seil erstrebenswert sind, ist eine andere Frage. Und wenn du sogar auf 600km/h gehen willst, lohnt sich der Überfall gar nicht. Bis die angedockt haben und sich ein Loch in den "Container" geschweißt haben, sind sie schon gefangen genommen.

Zurück zur Sendung mit der Maus. Da ging es darum, dass die Astronauten ja in der Schwerelosigkeit sind. Oder doch nicht? Richtig, wenn man es genau nimmt: Fallen sie die ganze Zeit, aufgrund der Nähe zur Erde. Wie du ja auch schon geschrieben hast, wird das durchaus für Probleme sorgen. Da das angedockt Schiff nicht ohne Klammern (mMn) auskommen wird.

An der Stelle würde ich mich als Leserin auch fragen: Welche Sicherheitsvorkehrungen und Abwehrmechanismen hat denn der Betreiber des Aufzugs für seine wertvolle Fracht und seine Gäste? Die Klammern könnten ja auch das Schiff nach dem Überfall festhalten. Ein magnetisches Störfeld, das überfallende Schiff "klebt" fest wie ein am Fliegenfänger. Der Aufzug wird gestoppt/ zurückgeholt - plötzlich in die andere Richtung zwingt die Räuber vielleicht zu einer neuen Handlung, weil sie unter einem bestimmten Wert nicht mehr "in die Luft" kommen mit ihrem Schiff.

Ich würde keine horizontale Annäherung versuchen bei den Geschwindigkeiten. Und auch nicht von vorn, wir wissen ja: Ein Reh was auf ein Auto mit 100km/h schmettert, verfielfacht sein Körpergewicht beim Aufprall. Auch wenn das annähernde Raumschiff kleiner ist: Rumms.
(Warte, fährt der Aufzug grad runter oder rauf?)
Ich würde es tatsächlich von hinten versuchen. Also hinterherfliegen, aufholen und hoffen, dass meine Enterhaken/Klammern mich dann mitziehen. Trotzdem ist da noch immer das Problem der Geschwindigkeit und des "Fallens". Jedes Stück Fracht und jeder Mensch müsste angeschnallt sein, bei solchen Manövern und könnte nicht 'Freestyle' rumschweißen und mal eben rein-raus klettern. Da würde ich dann entweder auf vollautomatische Vorrichtungen setzen oder auf Exoskelette.

Bestünde die Möglichkeit den Coup umzudrehen? Also eine Person IM Aufzug zu positionieren, die auf Höhe X der Aufzugfahrt loslegt? Schnappt was benötigt wird, die "Rettungskapsel" nimmt und sich abstösst vom Aufzug - statt sich umständlich ranzufliegen und aufzuschweißen? Ist aber auch nur ein Vorschlag, weil natürlich son Überfall viel cooler und actionreicher ist. Ansonsten vielleicht gleich mal die Student*innen einer TU anhauen - vielleicht hat ja eine*r Lust sich mit so einem Gedankenspiel zu beschäftigen. So von wegen Anflugs-Vektor und "Krallen".

Egal wie. Ich wünsch dir gutes Gelingen, ich find die Ideen um Orbitaufzüge allein schon toll, aber "Zug-Überfall" dazu ist voll Spacewestern meets Speed. 
Hau rein, hab Spaß. Viel Erfolg.

Barra

[Solmorn]

Juhu!
Da kann ich ja wieder mal den Physiknerd rausholen.

Mir fällt gerade vor allem das Problem mit der Massenträgheit ein. Bei einer Geschwindigkeit von 600 km/h müssten sowohl die Insassen des Fahrstuhls als auch des verfolgenden Raumschiffs schreiend an der Decke kleben. Für den Fahrstuhl lässt es sich mit allmählicher Beschleunigung lösen, das verfolgende Raumschiff müsste seine Beschleunigung dafür sehr gut timen, sonst erleiden die Helden ernsthafte Verletzungen. Weil auch ein Sicherheitsgurt ist unschön, wenn er sich mit 600 Klamotten in deinen Körper einarbeitet.
Daraus ergibt sich auch das von Barra angesprochene Problem, vom Raumschiff in den Fahrstuhl zu wechseln. Wenn die Helden auf der Oberseite andocken (was die ungefährlichste Variante wäre), müssen sie ja vom Dach zum Boden springen, also nach unten, während besagter Boden sich mit 600 Klamotten nach unten wegbewegt... sie bräuchten also entweder eine Art Hebebühne am Raumschiff, oder müssten sich per Magnetanzug o.ä. am Fahrstuhl festsaugen und reinkriechen.

Wenn du magst, kann ich das ganze Szenario mal mit zu meiner Familie nehmen, die sind alle Fachleute in Physik und außerdem schlimme Nerds, da kommt sicher einiges an Input zusammen.

[KaPunkt]

Danke Ihr Lieben!

Erstmal ergänze ich noch ein paar Informationen:
Das Gegengewicht des Aufzugs ist ein Spaceport im Orbit.
Die allermeisten Raumschiffe sind nicht in der Lage, in die Atmosphären von Planeten einzudringen. Das ist der große Vorteil der Schiffe, wie sie meine Helden benutzen.
Zur Flughöhe des Ports zitiere ich wikipedia:

Zu diesem Zweck ist es günstig, wenn der Satellit etwas höher über der Erdoberfläche kreist als 40.000 km, so dass er zwar geosynchron ist, aber das Seil durch seine Zentrifugalkraft spannt. Dieses Funktionsprinzip lässt sich durch den Hammerwurf veranschaulichen. So lange der Hammerwerfer mit konstanter Geschwindigkeit rotiert, zeigt das Seil des Hammers radial von der Rotationsachse weg. Wenn der Hammerwerfer seine Rotationsgeschwindigkeit erhöht, dann hinkt der Hammer hinter der radialen Ausrichtung hinterher, und kinetische Energie wird vom Hammerwerfer auf den Hammer übertragen. Der Transport der Last wird durch die Corioliskraft kaum behindert, da sie praktisch quer zur Bewegung der Last steht.

So komme ich auf meine Höhe und um die Reisedauer etwas zu verkürzen, habe ich beschlossen, dass halbe Schallgeschwindigkeit schon möglich sein sollte.

Dieser Planet ist ein wichtiger Handelssütztpunkt und hat daher zwei dieser Aufzüge, die den ganzen Transport Planetenoberfläche/Raumhäfen abwickeln.
Diese Dinger sind tatsächlich schon mehrere hundert Jahre alt und ... nicht mehr im besten Zustand. Die große Zivilisation, die die Dinger gebaut hat, ist ebenfalls bereits seit Jahrunderten auf dem absteigenden Ast und auch nicht mehr zuständig für diesen Planeten.

Die örtliche Regierung glaubt nicht, das jemand so blöd sein könnte, den Aufzug überfallen zu wollen bzw. hat nicht die Möglichkeiten, sich auf diese Eventualität vorzubereiten.

Meine Helden überfallen ihn auf dem Weg nach unten.

Sie tun dies, weil sie eine Freundin befreien wollen, die sich an Bord geflüchtet vor Ärger mit offiziellen Stellen versteckt hat. Sobald der Aufzug unten ist, würde er wieder von offiziellen Stellen durchsucht werden. Deshalb ist es viel erfolgversprechender, sie unterwegs abzuzweigen.
Deshalb habe ich auch die hohe Geschwindigkeit angenommen. Wenn Lif zwei Wochen durchhalten muss, wird es schwierig für sie, nicht zu verdursten. (Wenn die Geschwindigkeit wirklich zu hoch ist, würde ich aus dem Wassermangel ein Problem machen, dass sie lösen muss, aber eigentlich haben die alle schon genug zu tun)

Das Schiff könnte Krallen oder magnetische Füße bekommen, um sich auf der Liftkapsel zu sichern.

Darüber hinaus haben sie ein paar Raumanzüge an Bord. Und ein Seil mit Winde, mit dem sie bei Außenreparaturen sichern können (oder beim Kampf gegen Weltraumschlangen, man kennt das). Und natürlich Werkzeug.

Edit: Ergänzung, eben vergessen: Sowohl das Raumschiff als auch die Kapsel haben Systeme für künstliche Schwerkraft.

Ich denke mir das im Moment also so:
Die Skid (das Schiff) nähert sich von oben der Kapsel. Sie lassen ihrer Leute im Raumanzug an der Winde runter. Der verankert das Seil auf der Oberseite und hilft so der Skid, eine sichere Parkposition zu finden.
Dann wird eine Schleuse gesucht, die die Liftkapsel schon für Wartungszwecke irgendwo haben sollte. Diese Schleuse wird aufgeschweißt / aufgebrochen / geöffnet.
Man bringt mit angehaltener Luft oder Raumanzug Bäumchen-Wechsel-Dich (sie haben nicht genug für alle) das Einsatzteam an Bord der Kapsel und beginnt ... sich unbeliebt zu machen.

@Solmorn diskutiere das ganze sehr gern mit deiner Family und frag sie auch, wie der Himmel wohl aussehen würde, so in den oberen Schichten der Atmosphäre?

Liebe Grüße,
KaPunkt

[Jen]

Ich bin mir gerade relativ sicher, dass ich darüber ein Kapitel in "What If?" von Randell Munroe gelesen habe, ich suche das mal raus und melde mich per PN bei dir.

Edit: Stimmte leider nicht, aber schau mal in dieses Video oder auf diese Webseite und diese, da gibts auch einen Comic von Randell Munroe drin.
Ich war eigentlich überzeugt, dass irgendwas an der Theorie des Space Elevators unmöglich war, darum entschuldige diesen Beitrag.

[Solmorn]

@Solmorn diskutiere das ganze sehr gern mit deiner Family und frag sie auch, wie der Himmel wohl aussehen würde, so in den oberen Schichten der Atmosphäre?

Mach ich
Samstag haben wir eine lange Wanderung vor uns, da haben wir gleich ein Gesprächsthema parat. Ich melde mich dann per PM.

[Gizmo]

Also, da es

Space FANTASY

ist, wie wäre es mit so etwas: Der Fahrstuhl verfügt über einen Mumbojambo-Feldgenerator, der es ermöglicht, überhaupt einen Orbitalaufzug betreiben (möglicherweise diesebe Technologie, die z.B. künstliche Gravitation auf Raumschiffen erzeugt und dort die Beschleunigungskräfte dämpft - falls es in deinem Worldbuilding so etwas gibt). Das Feld sorgt für Gravitation im Aufzug, kompensiert die G-Kräfte und schützt vor so Dingen wie Reibungshitze beim Atmosphäreneintritt (und Mikrometeoriten und Schrott-Teilchen, wenn wir schon dabei sind).
Das Feld dehnt sich in gewissem Maß um die Fahrstuhlkabine aus. Die Herausforderung für die Skid ist nun, so nahe an die Fahrstuhlkabine heranzumanövrieren, das sie in dieses Feld eintritt. Ist das geschafft, werden Leute, die die Kabine entern wollen, ebenfalls von dem Feld geschützt und müssen sich nicht um Beschleunigung, Reibung, Schwerkraft usw. Gedanken machen - und können einfach hinunterklettern.
Alles easy, sofern man nicht aus Versehen sich selbst und die Fahrstuhlkabine bei dem Manöver frittiert. Da braucht es schon eine wahre Teufelskerl(in?) von einem Piloten, um sowas hinzukriegen.

[KaPunkt]

Ich war eigentlich überzeugt, dass irgendwas an der Theorie des Space Elevators unmöglich war, darum entschuldige diesen Beitrag.

@Jen 
 

Also, ein bisschen Recherche hab ich vorher schon betrieben.

@Gizmo
Oh, du meist die Gravumleitungen (Gravitations Umleitungen), die mit Wasser IV betrieben werden, einer eher merkwürdigen Flüssigkeit, die sich äußerst stark verdichten lässt und so genug Masse auf begrenzten Raum aufweisen kann, um Anziehungskraft zu entwickeln? Also, rein zufälligerweiser ist dieses Wasser IV der Hauptexportschlager des Planeten, an dem der Aufzug hängt.

Eine der Setting Entscheidungen ist, das ganze möglichst handfest zu haben. Außerhalb des Gebietes der einstigen Supermacht läuft das meiste entweder, weil es schon immer gelaufen ist (und niemand weiß, wie lange es noch hält) oder, weil sozusagen die Zahnräder sieht und verstehen kann, wie es funktioniert. Weniger Joss Whedon Star Trek, mehr Firefly. (Oder anders gesagt, die Epoche, die als grobe Inspiration dient, ist das frühe Frühmittelalter, die Wikingerzeit. Wo vielleicht noch ein paar Äquadukte und so funktionieren, aber  man keine neue Kanalisationen mehr baut (bauen kann), wenn man auch alles in den Fluss oder auf die Straße hauen kann.

Heißt für die Probleme der Landung auf dem Aufzug: Wie kommen wir möglichst handfest zu Recht?

Liebe Grüße,
KaPunkt

[Volker]

Stukadierter Physiker hier.

Wenn der Aufzug sich mit 600km/h bewegt, dann ist der in 1 Stunde 600km hoch (und damit über ISS und den StarLik-Satelliten), in 2 Stunden 1.200km, bis geostationär (36.000km) dann 60 Stunden (ca. 3 Tage). Einfach die Kilometer durch km/h teilen, und man hat die Dauer in Stunden.

Um auf die >600km/h (~ 167m/s) zu kommen, braucht es gar nicht so lange. Mit ½g oder 5m/s² beschleunigt (also das anderthalbfache des Körpergewichts beim Hochfahren, das halbe beim 'runterfahren) braucht es gerade mal eine halbe Minute (Sekunden = m/s geteilt durch 5, oder km/h durch 18). Nach der Beschleunigung "wiegt" man nur die normale Schwerkraft.

Zum Luftzug: die Kapsel müsste - weil sie sich hoch wie 'runter bewegt - auf beiden Seiten spitz sein. Also muss das Raumschiff eher seitlich ankoppeln - im "Windschatten" (bze. dessen Fehlen) dürfte ein Ankoppelversuch durch Wirbel noch mal viel zu schwierig sein. Das Raumschiff muss dann irgendwie sicher festmachen können. Allerdings ist weit oben in der Atmosphäre (oberhalb von 50km) der Luftwiderstand fast nicht existent. Darunter wird's aber unangenehm.
Wenn die Kapsel von geostationär bis zum Boden fährt, dann haben die knapp 3 Tage Zeit, bevor sie sich Sorgen um Luftzug machen zu müssen. Aus Höhe der ISS nur ~½ Stunde.