Cómo funcionaría un elevador espacial

Un elevador espacial es un sistema de transporte propuesto que conecta la superficie de la Tierra con el espacio. El elevador permitiría a los vehículos viajar a la órbita o al espacio sin el uso de cohetes. Si bien el viaje en ascensor no sería más rápido que el viaje en cohete, sería mucho menos costoso y podría usarse continuamente para transportar carga y posiblemente pasajeros.

Konstantin Tsiolkovsky describió por primera vez un ascensor espacial en 1895. Tsiolkovksy propuso construir una torre desde la superficie hasta la órbita geoestacionaria, esencialmente haciendo un edificio increíblemente alto. El problema con su idea era que la estructura sería aplastada por todos el peso sobre eso. Los conceptos modernos de los ascensores espaciales se basan en un principio diferente: la tensión. El elevador se construiría usando un cable conectado en un extremo a la superficie de la Tierra y a un contrapeso masivo en el otro extremo, por encima de la órbita geoestacionaria (35,786 km). Gravedad

Mientras que un ascensor normal utiliza cables móviles para subir y bajar una plataforma, el ascensor espacial confíe en dispositivos llamados rastreadores, escaladores o levantadores que viajan a lo largo de un cable estacionario o cinta. En otras palabras, el elevador se movería por el cable. Múltiples escaladores tendrían que viajar en ambas direcciones para compensar las vibraciones de la fuerza de Coriolis que actúa sobre su movimiento.

La configuración del elevador sería algo como esto: una estación masiva, un asteroide capturado o un grupo de escaladores se ubicaría más arriba que la órbita geoestacionaria. Debido a que la tensión en el cable sería máxima en la posición orbital, el cable sería más grueso allí, disminuyendo gradualmente hacia la superficie de la Tierra. Lo más probable es que el cable se despliegue desde el espacio o se construya en múltiples secciones, bajando a la Tierra. Los escaladores se moverían hacia arriba y hacia abajo del cable sobre rodillos, mantenidos en su lugar por fricción. La energía podría ser suministrada por la tecnología existente, como la transferencia inalámbrica de energía, la energía solar y / o la energía nuclear almacenada. El punto de conexión en la superficie podría ser una plataforma móvil en el océano, que ofrece seguridad para el elevador y flexibilidad para evitar obstáculos.

¡Viajar en un elevador espacial no sería rápido! El tiempo de viaje de un extremo al otro sería de varios días a un mes. Para poner la distancia en perspectiva, si el escalador se moviera a 300 km / h (190 mph), tomaría cinco días alcanzar la órbita geosíncrona. Debido a que los escaladores tienen que trabajar en concierto con otros en el cable para que sea estable, es probable que el progreso sea mucho más lento.

El mayor obstáculo para la construcción de elevadores espaciales es la falta de un material con suficiente altura Fuerza de Tensión y elasticidad y lo suficientemente bajo densidad para construir el cable o la cinta. Hasta ahora, los materiales más fuertes para el cable serían nanohilos de diamante (sintetizados por primera vez en 2014) o nanotubulos de carbono. Estos materiales aún no se han sintetizado a una longitud suficiente o resistencia a la tracción a la relación de densidad. los enlaces químicos covalentes conectar átomos de carbono en nanotubos de carbono o diamante solo puede resistir tanto estrés antes de descomprimir o desgarrar. Los científicos calculan la tensión que pueden soportar los enlaces, confirmando que, si bien podría ser posible algún día construir una cinta lo suficientemente larga como para Extendiéndose desde la Tierra hasta la órbita geoestacionaria, no podría soportar un estrés adicional del medio ambiente, las vibraciones y los escaladores.

Las vibraciones y el bamboleo son una consideración seria. El cable sería susceptible a la presión de el viento solar, armónicos (es decir, como una cuerda de violín realmente larga), rayos y bamboleo de la fuerza de Coriolis. Una solución sería controlar el movimiento de los rastreadores para compensar algunos de los efectos.

Otro problema es que el espacio entre la órbita geoestacionaria y la superficie de la Tierra está lleno de basura espacial y escombros. Las soluciones incluyen limpiar el espacio cercano a la Tierra o hacer que el contrapeso orbital pueda esquivar obstáculos.

Otros problemas incluyen corrosión, impactos de micrometeoritos y los efectos de los cinturones de radiación de Van Allen (un problema tanto para los materiales como para los organismos).

La magnitud de los desafíos junto con el desarrollo de cohetes reutilizables, como los desarrollados por SpaceX, han disminuido el interés en los ascensores espaciales, pero eso no significa que la idea del elevador sea muerto.

Todavía no se ha desarrollado un material adecuado para un elevador espacial basado en la Tierra, pero los materiales existentes son lo suficientemente fuertes como para soportar un elevador espacial en la Luna, otras lunas, Marte o asteroides. Marte tiene aproximadamente un tercio de la gravedad de la Tierra, pero gira aproximadamente a la misma velocidad, por lo que un ascensor espacial marciano sería mucho más corto que uno construido en la Tierra. Un ascensor en Marte debería abordar la órbita baja de la luna fobos, que se cruza regularmente con el ecuador marciano. La complicación para un elevador lunar, por otro lado, es que la Luna no gira lo suficientemente rápido como para ofrecer un punto de órbita estacionaria. Sin embargo, los puntos lagrangianos podría ser usado en su lugar. A pesar de que un elevador lunar tendría una longitud de 50,000 km en el lado cercano de la Luna y aún más largo en el lado lejano, la menor gravedad hace posible la construcción. Un elevador marciano podría proporcionar transporte continuo fuera del pozo de gravedad del planeta, mientras que un elevador lunar podría usarse para enviar materiales desde la Luna a un lugar fácilmente alcanzado por la Tierra.

Numerosas empresas han propuesto planes para ascensores espaciales. Los estudios de viabilidad indican que no se construirá un elevador hasta que (a) se descubra un material que pueda soportar la tensión de un elevador de la Tierra o (b) se necesite un elevador en la Luna o Marte. Si bien es probable que las condiciones se cumplan en el siglo XXI, agregar un viaje en ascensor espacial a su lista de deseos puede ser prematuro.

• Landis, Geoffrey A. Y Cafarelli, Craig (1999). Presentado como documento IAF-95-V.4.07, 46º Congreso de la Federación Internacional de Astronáutica, Oslo, Noruega, del 2 al 6 de octubre de 1995. "La torre Tsiolkovski reexaminada". Revista de la Sociedad Interplanetaria Británica. 52: 175–180.
• Cohen, Stephen S.; Misra, Arun K. (2009). "El efecto del tránsito de escaladores en la dinámica del ascensor espacial". Acta Astronautica. 64 (5–6): 538–553.
• Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Swan, C. Space Elevator Architectures and Roadmaps, Lulu.com Publishers 2015