Tethersystem

Tethersysteme (Weltraumseile) nutzen physikalische Kräfte in der Orbitmechanik für verschiedene Anwendungen: Energieerzeugung, Bahntransfers und Schwerkraftgradient-Stabilisierung. Die Grundidee: Ein langes Seil zwischen zwei Objekten im Orbit nutzt den Schwerkraftgradienten und die Orbitalmechanik, um nützliche Arbeit zu leisten.

Elektrodynamische Tether: Ein leitfähiges Seil, das sich durch das Erdmagnetfeld bewegt, erzeugt elektrischen Strom (wie ein Dynamo). Umgekehrt kann ein Strom durch das Seil geschickt werden, um Lorentzkraft zu erzeugen und den Orbit zu ändern, ohne Treibstoff. Das TSS-1R-Experiment (1996, Space Shuttle Atlantis) demonstrierte das Prinzip mit einem 19,7 km langen Seil, das 3.500 Volt erzeugte, bevor es riss.

Momentum-Exchange Tether: Ein rotierendes Seil fängt ein Raumschiff am unteren Ende ein und schleudert es am oberen Ende mit höherer Geschwindigkeit weiter, wie eine Schleuder. Das System verliert dabei Bahnenergie, die durch elektrodynamischen Antrieb oder Nachschub wiederaufgebaut werden kann.

Für die Zukunft werden Konzepte wie der Rotovator diskutiert: Ein rotierendes Tethersystem im Orbit, das Nutzlasten von der Oberfläche aufnimmt und in höhere Bahnen hebt, ein Kompromiss zwischen konventionellen Raketen und dem (technisch ferneren) Weltraumlift.

Gerade der Reiz der Tethersysteme liegt darin, dass sie Bewegung im All ohne Treibstoffverbrauch versprechen und damit die fundamentale Beschränkung der Raketentechnik umgehen. Ein elektrodynamisches Seil tauscht Impuls direkt mit dem Erdmagnetfeld aus und kann so einen Orbit anheben oder absenken, allein mit Strom aus Solarzellen. Ein rotierendes Schwungseil wiederum überträgt Bewegungsenergie wie eine kosmische Schleuder von einem Objekt auf ein anderes. So elegant das in der Theorie klingt, so hartnäckig sind die praktischen Probleme: Lange Seile sind anfällig für Mikrometeoriten und können reißen, wie das Shuttle-Experiment eindrücklich zeigte, und die Dynamik schwingender, kilometerlanger Strukturen im Orbit ist schwer zu beherrschen. Bislang sind Tethersysteme deshalb über vereinzelte Experimente nicht hinausgekommen. Ihr Versprechen bleibt dennoch verlockend, denn in einer Raumfahrt, die ständig gegen das Gewicht des Treibstoffs ankämpft, wäre jede Methode, die Bahnen ohne Verbrennung zu verändern, ein gewaltiger Fortschritt. Die Science-Fiction greift solche Seilstrukturen gern als sichtbares Symbol einer reifen Rauminfrastruktur auf.