Ascensor espacial

¿Qué es un ascensor espacial?

Un ascensor espacial es una estructura física que conectaría el suelo a la órbita y sobre el cual sería posible moverlo. Muchas versiones de este concepto han sido imaginadas por investigadores y escritores de ciencia ficción, como en la novela de Arthur C. Clarke “The Fountains of Paradise”, que popularizó el ascensor espacial para el público en general. Un informe de investigación de la NASA sobre el ascensor espacial se publicó en 1999.

Para entender qué es un ascensor espacial, imagina una cuerda estirada verticalmente entre el ecuador y la órbita geoestacionaria. Un poco más allá de esta órbita, la cuerda estaría unida a una gran masa, por ejemplo, un asteroide, de modo que el punto de equilibrio de la estructura completa está precisamente en la órbita geoestacionaria. El sistema es teóricamente estable y no necesita energía para mantenerse. Ilustración de video:

Un ascensor espacial, ¿para qué sirve y para quién?

Si pudiéramos construir tal estructura entre el suelo y la órbita geoestacionaria, podríamos mover allí algunos ascensores que pudieran transportar personas, equipos o energía entre el suelo y la órbita. Lo que hace que este tipo de estructura sea muy atractiva es que el viaje tendría un costo de energía muy bajo en comparación con el uso de un cohete. Este es el tipo de tecnología que podría reducir el costo de acceso al espacio a alrededor de $ 10 por kilogramo.

Además de su función de transferencia entre el suelo y la órbita geoestacionaria, se pueden encontrar muchas funciones relacionadas con un ascensor espacial. Podría, por ejemplo, detenerse en órbita baja. Sin embargo, las cargas útiles que quedan a esta altitud deberían proporcionar una aceleración de algunos kilómetros por segundo por sus propios medios para orbitarse. Del mismo modo, al extender el elevador espacial más allá de la órbita geoestacionaria, es posible alcanzar la velocidad de liberación de la órbita de la Tierra y así poner cargas en una trayectoria interplanetaria. A propósito, el elevador espacial podría servir como un relé de comunicación gigante capaz de cubrir las necesidades de todo un hemisferio.

El potencial del elevador espacial es enorme si podemos construirlo algún día. La estructura artificial más alta es actualmente la Torre Burj Khalifa en Dubai, que se eleva a 830 metros. En teoría, con los materiales actuales y las técnicas de construcción sería posible realizar trabajos de varios kilómetros de altura. Pero la órbita geoestacionaria está a casi 36,000 kilómetros sobre el nivel del mar. El ascensor espacial es, por lo tanto, un gran desafío de ingeniería.

¿Cómo construir un ascensor espacial?

Para llegar allí, hay dos posibilidades. Uno puede confiar en una estructura de compresión, es decir, una torre mantenida por su propio peso. Este es el enfoque que Constantin Tsiolkovsky imaginó cuando imaginó el ascensor espacial. Fue incluso la Torre Eiffel lo que lo inspiró. O uno puede imaginar una estructura que se basa en fuerzas de tensión entre el suelo y un contrapeso colocado más allá de la órbita geoestacionaria, como una cuerda que permanecería tensa debido al efecto centrífugo. En los diseños más recientes, es la segunda solución que se prefiere, simplemente porque los materiales más resistentes conocidos tienen una resistencia mucho mejor a las fuerzas de tracción que las fuerzas de compresión.

Tomemos como ejemplo dos de los materiales más resistentes en la actualidad: si desea construir una torre epoxi, podrá soportar su propio peso en compresión hasta una altura de 122 kilómetros. Por el contrario, si suspendes una estructura de plástico con refuerzo de fibra de carbono, puede soportar su propio peso en tensión hasta una longitud de 373 km. En ambos casos, siempre permanecemos lejos de la altura necesaria. Podría ser interesante combinar los dos enfoques al construir en la base del ascensor una torre de 3000 km basada en fuerzas de compresión. Entonces sería posible reducir la masa de la estructura en tensión en un factor de 150. Pero todavía se debe hacer un progreso importante en los materiales.

Idealmente, la estructura central del elevador espacial debe ser lo más liviana posible para limitar el estrés debido a su propio peso, y lo suficientemente fuerte como para no romperse bajo las fuerzas increíbles aquí: por ejemplo, en un ascensor espacial cuya estructura está bajo tensión con un lado tirando de la gravedad y el otro el efecto centrífugo relacionado con el contrapeso, esto es como un tira y afloja con cien mil personas en cada equipo.

nanotubos de carbono

Hace unos años, el descubrimiento de nanotubos de carbono demostró que algunos materiales pueden tener la fuerza necesaria para soportar un ascensor espacial. Pero la producción de nanotubos de carbono es aún muy experimental y limitada, y el ascensor espacial es una estructura enorme que requiere grandes cantidades de materiales. Del mismo modo, construir el ascensor espacial es solo el comienzo del trabajo: debe ser capaz de mantenerlo. Un ascensor espacial estaría expuesto a las condiciones meteorológicas en sus partes más bajas y a los micro-meteoritos y los desechos espaciales en sus partes más altas. Incluso los daños más pequeños podrían poner en peligro la integridad de toda la estructura. En caso de una ruptura, las consecuencias en las regiones debajo del elevador espacial serían catastróficas.

¿Cuánto cuesta un ascensor espacial?

Una de las preguntas importantes que determina el interés de un ascensor espacial sigue siendo su rentabilidad económica. El ascensor espacial podría reducir el precio del acceso al espacio a tasas similares a las de la aviación civil. Pero si sumamos los costos de fabricación y mantenimiento, un elevador espacial sería un proyecto internacional que involucraría los esfuerzos económicos de muchas naciones. Dada la inversión requerida, tomaría muchos años de explotación para hacer que un elevador espacial sea rentable. El papel de un ascensor espacial es bastante específico: en los diseños más comunes, solo la órbita geoestacionaria se sirve de manera eficiente. En órbita baja, se debe proporcionar aceleración adicional y el plano ecuatorial está lejos de ser óptimo para las trayectorias interplanetarias. Finalmente, si uno fuera capaz de desarrollar materiales lo suficientemente resistentes como para construir un elevador espacial, entonces estos mismos materiales podrían usarse para hacer que los cohetes sean de alto rendimiento y reutilizables, disminuyendo aún más el interés del elevador espacial.

elevador espacial

Un ascensor espacial lunar es un proyecto mucho más realista. La gravedad reducida de la luna permitiría construir el elevador con materiales ya bien controlados, kevlar, por ejemplo. Un elevador erigido entre la superficie lunar y el punto L1 Lagrange del sistema Tierra-Luna sería un método efectivo para extraer materiales lunares valiosos, por ejemplo para la construcción de hábitats espaciales. También podemos imaginar elevadores espaciales mucho más simples, no entre el suelo y la órbita, sino entre diferentes órbitas. Por ejemplo, colocando su centro de masa en órbita baja, parte del elevador se colgaría justo encima de la atmósfera a 150 km de altitud. Por lo tanto, podría unirse con cohetes de etapa simple de diseño simple. Las cargas útiles podrían liberarse en órbita baja o incluso en trayectorias interplanetarias, ya que un ascensor espacial de este tipo no necesitaría estar en el plano ecuatorial.

Entra en un ascensor espacial

Los ascensores espaciales probablemente sigan siendo de ciencia ficción durante mucho tiempo. Incluso si los materiales necesarios se desarrollan en las próximas décadas, es poco probable que el interés económico empuje a una corporación o un estado a construirlo, especialmente cuando los cohetes finalmente prometen reducir el costo de acceso al espacio. Si la reutilización es prometedora, probablemente pasarán siglos antes de que hablemos nuevamente sobre el concepto de un ascensor espacial. En el futuro cercano, podrían implementarse otros conceptos que están cerca del ascensor espacial. Este es el caso, por ejemplo, de la propulsión cautiva, que utiliza dos cables largos para cambiar la órbita de una carga útil a un costo menor.

Fuentes

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Credits :
Space elevator first image by NASA
Space Elevator In Clouds by Liftport [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], from Wikimedia Commons
Space elevator in motion viewed from above north pole, 13 May 2014 by Skyway
Nano carbon by German Wikipedia, original upload 29. Dez 2004 by APPER