Elevador espacial

O que é um elevador espacial?

Um elevador espacial é uma estrutura física que conectaria o solo à órbita e sobre a qual seria possível se mover. Muitas versões desse conceito foram imaginadas por pesquisadores e escritores de ficção científica, como no romance “The Fountains of Paradise”, de Arthur C. Clarke, que popularizou o elevador espacial para o público em geral. Um relatório de pesquisa da NASA sobre o elevador espacial foi publicado em 1999.

Para entender o que é um elevador espacial, imagine uma corda esticada verticalmente entre o equador e a órbita geoestacionária. Um pouco além desta órbita, a corda seria anexada a uma grande massa, por exemplo, um asteróide, de modo que o ponto de equilíbrio da estrutura completa é precisamente na órbita geoestacionária. O sistema é teoricamente estável e não precisa de energia para se manter. Ilustração em vídeo:

Um elevador espacial, para que serve e para quem?

Se pudéssemos construir tal estrutura entre o solo e a órbita geoestacionária, poderíamos mover para lá alguns elevadores que poderiam transportar pessoas, equipamentos ou energia entre o solo e a órbita. O que torna esse tipo de estrutura muito atraente é que a viagem teria um custo de energia muito baixo comparado ao uso de um foguete. Esse é o tipo de tecnologia que pode reduzir o custo de acesso ao espaço para cerca de US $ 10 por quilo.

Além de sua função de transferência entre o solo e a órbita geoestacionária, pode-se encontrar muitas funções relacionadas a um elevador espacial. Por exemplo, poderia parar em órbita baixa. No entanto, as cargas deixadas a esta altitude ainda devem fornecer uma aceleração de alguns quilômetros por segundo por seus próprios meios para se orbitarem. Da mesma forma, ao estender o elevador espacial além da órbita geoestacionária, é possível alcançar a velocidade de liberação da órbita da Terra e, assim, colocar cargas úteis em uma trajetória interplanetária. Incidentalmente, o elevador espacial poderia servir como um relé de comunicação gigante capaz de cobrir as necessidades de um hemisfério inteiro.

O potencial do elevador espacial é enorme se pudermos construí-lo um dia. A estrutura artificial mais alta é atualmente a Torre Burj Khalifa em Dubai, que sobe para 830 metros. Em teoria, com os materiais atuais e técnicas de construção, seria possível realizar obras de vários quilômetros de altura. Mas a órbita geoestacionária está a quase 36.000 quilômetros acima do nível do mar. O elevador espacial é, portanto, um grande desafio de engenharia.

Como construir um elevador espacial?

Para chegar lá, existem duas possibilidades. Pode-se confiar em uma estrutura compressiva, ou seja, uma torre mantida pelo seu próprio peso. Essa é a abordagem que Constantin Tsiolkovsky imaginou quando imaginou o elevador espacial. Foi até mesmo a Torre Eiffel que o inspirou. Ou pode-se imaginar uma estrutura que dependa de forças de tensão entre o solo e um contrapeso colocado além da órbita geoestacionária, como uma corda que ficaria tensa devido ao efeito centrífugo. Nos projetos mais recentes, é a segunda solução preferida, simplesmente porque os materiais mais resistentes conhecidos têm uma resistência muito melhor às forças de tração do que as forças de compressão.

Tomemos por exemplo dois dos materiais mais resistentes hoje: se você quiser construir uma torre epóxi, será capaz de suportar seu próprio peso em compressão até uma altura de 122 quilômetros. Por outro lado, se você suspender uma estrutura de plástico com reforço de fibra de carbono, ela poderá suportar seu próprio peso em tensão de até 373 km. Em ambos os casos, sempre permanecemos longe da altura necessária. Pode ser interessante combinar as duas abordagens construindo na base do elevador uma torre de 3000 km baseada em forças de compressão. Seria então possível reduzir a massa da estrutura em tensão por um fator de 150. Mas ainda é preciso fazer progressos importantes nos materiais.

Idealmente, a estrutura central do elevador espacial deve ser o mais leve possível para limitar o estresse devido ao seu próprio peso, e ainda forte o suficiente para não quebrar sob as forças incríveis aqui: por exemplo, em um elevador espacial cuja estrutura está sob tensão com um lado puxando a gravidade e o outro o efeito centrífugo relacionado ao contrapeso, isso é como cabo-de-guerra com cem mil pessoas em cada equipe.

nanotubos de carbono

Há alguns anos, a descoberta de nanotubos de carbono demonstrou que alguns materiais podem ter a força necessária para suportar um elevador espacial. Mas a produção de nanotubos de carbono ainda é muito experimental e limitada, e o elevador espacial é uma estrutura enorme que requer grandes quantidades de materiais. Da mesma forma, construir o elevador espacial é apenas o começo do trabalho: ele deve ser capaz de mantê-lo. Um elevador espacial seria exposto a condições meteorológicas em suas partes mais baixas e a micro-meteoritos e detritos espaciais em suas partes mais altas. Mesmo os menores danos podem comprometer a integridade de toda a estrutura. No caso de um desmembramento, a precipitação nas regiões abaixo do elevador espacial seria catastrófica.

Quanto custa um elevador espacial?

Uma das questões importantes que determina o interesse de um elevador espacial continua sendo sua rentabilidade econômica. O elevador espacial poderia reduzir o preço do acesso ao espaço a taxas semelhantes às da aviação civil. Mas se somarmos os custos de fabricação e manutenção, um elevador espacial seria um projeto internacional envolvendo os esforços econômicos de muitas nações. Dado o investimento necessário, seriam necessários muitos anos de exploração para tornar um elevador espacial lucrativo. O papel de um elevador espacial é bastante específico: nos projetos mais comuns, apenas a órbita geoestacionária é servida de forma eficiente. Em órbita baixa, a aceleração adicional deve ser fornecida e o plano equatorial está longe de ser ideal para trajetórias interplanetárias. Finalmente, se alguém fosse capaz de desenvolver materiais resistentes o suficiente para construir um elevador espacial, então esses mesmos materiais poderiam ser usados ​​para tornar os foguetes de alto desempenho e reutilizáveis, diminuindo ainda mais o interesse do elevador espacial.

Elevador espacial

Um elevador espacial lunar é um projeto muito mais realista. A gravidade reduzida da lua permitiria construir o elevador com materiais já bem dominados, kevlar por exemplo. Um elevador erguido entre a superfície lunar e o ponto Lagrange L1 do sistema Terra-Lua seria um método eficaz para extrair materiais lunares valiosos, por exemplo, para a construção de habitats espaciais. Podemos também imaginar elevadores de espaço muito mais simples, não entre o solo e a órbita, mas entre órbitas diferentes. Por exemplo, colocando o seu centro de massa em baixa órbita, parte do elevador seria pendurado logo acima da atmosfera a 150 km de altitude. Assim, ele poderia ser unido por foguetes de estágio simples de design simples. As cargas poderiam então ser liberadas em órbita baixa ou mesmo em trajetórias interplanetárias, já que tal elevador espacial não precisaria estar no plano equatorial.

Entre em um elevador espacial

É provável que os elevadores espaciais permaneçam como ficção científica por muito tempo. Mesmo que os materiais necessários sejam desenvolvidos nas próximas décadas, é improvável que o interesse econômico leve uma corporação ou um estado a construí-la, especialmente quando os foguetes finalmente parecem prometer reduzir o custo de acesso ao espaço. Se a reutilização mantiver sua promessa, provavelmente serão séculos antes de falarmos novamente sobre o conceito de um elevador espacial. Em um futuro próximo, outros conceitos que estão próximos ao elevador espacial podem ser implementados. Esse é o caso, por exemplo, da propulsão cativa, que usa dois cabos longos para mudar a órbita de uma carga útil a um custo menor.

Fontes

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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