sábado, 18 de junio de 2011

Elevador Espacial: ¿Posible?


De construirse, el elevador espacial sería la proeza de ingeniería más importante en la historia de la humanidad, ésta marcaría una nueva etapa en la evolución de la vida del hombre, sin duda poco a poco revolucionaría por completo la vida diaria, provocando que en la historia se escribiera un antes y después, es más que extraordinario el potencial que puede llegar a tener este gran aparato.



¿Qué es elevador espacial?
Un elevador espacial es un ascensor hipotético que conecta a la Tierra con el espacio, el cual nos conduce al espacio sin la necesidad de un cohete o nave espacial como el transbordador.

¿Para qué construir un elevador espacial?
Para economizar.
Cada misión que es enviada al espacio sea cual fuese, necesita de una gran cantidad de combustible para alcanzar llegar al espacio y colocarse ya sea en órbita terrestre o viajar por el Sistema Solar, según sea el caso y el objetivo de la misión.

Lo que se pretende con este elevador es poder tener más acceso al espacio, pudiendo realizar proyectos de suma importancia que sin esto constarían muchísimo y que en la actualidad lamentablemente se están cancelando por presupuesto.

Entre estos proyectos se encuentran construir grandes telescopios espaciales, velas solares, estaciones espaciales inmensas, turismo espacial, poder construir vehículos interestelares más grandes y eficientes para poder llegar a otros planetas y satélites con más carga útil, puesto que casi todo se pierde con el peso del combustible para salir de la Tierra.

Características generales del elevador espacial:
En el tope del elevador espacial tiene que orbitar una estación espacial suficientemente masiva para que cualquier carga que pueda ser elevada por medio del ascensor no la haga perder altitud en su órbita.

La estación espacial debe de tener una órbita geosíncrona, es decir que se va a mover a al mismo tiempo que el movimiento de rotación del Planeta, de manera que siempre va a moverse a la par que la Tierra.
Un tipo de órbita geosíncrona es la órbita geoestacionaria, la cual es circular y paralela al ecuador y mantiene su posición relativa respecto a la Tierra, además ésta se colocaría a 35,790 kmsnm.

***(Alguna duda con los números VER è Nomenclatura Numérica de AstroCiencia)***

En su idea original contempla un cable o una banda extendida desde la estación espacial en órbita hasta la superficie de la Tierra, por medio de la cual serán transportados todo aquello que se quiera llevar al espacio.




Retos principales:
1.       Material del cable:
Para utilizar un cable, este debe de tener una resistencia enorme debido a las fuertes tensiones sujetas sólo bajo su mismo peso y el de la carga transportada. Hacer hincapié que estas tensiones no son por la fuerza centrípeta de la estación espacial, ya que esta está en órbita y aunque sujeta el cable, ésta se mueve independientemente del cable. Se puede hacer una analogía cuando un avión es abastecido de combustible en el aire por medio de otro avión el cual extiende un cable (manguera) y se engancha al otro, si bien están unidos los 2 aviones por medio del cable, este último jamás jala al otro avión, si fuese así se rompería el cable, lo mismo pasaría con el cable del elevador espacial.
(Todo esto sólo para el elevador espacial con estación espacial en órbita por sí misma, en cambio en el cable del elevador espacial en órbita por fuerza centrípeta se tiene que considerar también la tensión del cable).

Lo que se desea es hacer el cable con un material liviano y muy resistente, por eso se contempla fabricarlo con la alotropía de carbono “grafeno” (material más duro sobre la Tierra, más que el diamante mismo) que en una estructura tubular es muy resistente, mejor conocida como “nanotubos de carbono”, ya que la estructura que forma es un teselado hexagonal compuesto por átomos de carbono y enlaces covalentes que se formarían gracias a la superposición de los híbridos sp2.
Para obtener un material más grueso y consecuentemente más resistente, los nanotubos de carbono se tienen que unir en capas apiladas, en las cuales los enlaces entre las capas son unidos por  fuerzas de Van der Waals.




2.       Resistencia del cable:
La tensión máxima que los nanotubos podría soportar es 150 GPa, lo que quiere decir que 1 cm2 de grosor de este material podría aguantar un peso de 1,500 toneladas, comparándolo con un cable equivalente del mismo grosor del mejor acero conocido puede soportar 20 toneladas, eso quiere decir que los nanotubos de carbono son 75 veces más fuertes que el acero.

3.     Producción del cable:
Un reto muy grande para que el elevador espacial pueda ser construido con nanotubos de carbono es su baja producción, tan baja como una escala milimétrica, entre sus métodos de producción  se encuentran:
1. Ablación láser (alta dureza y poca cantidad).
2. Descarga de arco (alta dureza y poca cantidad).
3. Deposición Química de Vapor CVD (buena calidad y gran cantidad relativamente).

4.     Clima:
Los posibles huracanes y tornados que se podrían generar, empujarían al cable, los cuales si son suficientemente fuertes harían descender la altitud de estación espacial hasta una posible colisión con la Tierra.
La cuestión de la temperatura no es problema, ya que térmicamente los nanotubos de carbono son muy estables, en el vacío pueden soportar 2,800 °C y en la atmósfera 750 °C.

5.     La atmósfera:
El rozamiento en el límite entre la atmósfera terrestre y el espacio no es mucho problema, ya que la estación espacial orbitará al mismo tiempo que la Tierra rota, con una velocidad de 1,674 km/h a 35,790 kmsnm, por lo tanto no habrá un sobrecalentamiento del cable en esa zona. Cuando vemos que el transbordador espacial se sobrecalienta al entrar a la atmósfera es porque el transbordador va a 28,000 km/h y el contacto con la atmósfera a tanta velocidad genera calor para desacelerarlo.

Respecto a la parte de la sección del cable que se encuentra en el Planeta (dentro de la atmósfera) no representa ningún problema, pudiera pensarse que el rozamiento con la atmósfera jalaría al cable hasta hacer que la estación espacial cayera, pero esto no pasaría puesto que la misma atmósfera terrestre se está moviendo a la misma velocidad que el Planeta

6.     Colocación del cable:
La colocación del cable puede ser de 2 formas:
1.       Llevar el cable completo a la estación espacial desde donde descenderá poco a poco hasta que el otro extremo alcance la superficie terrestre, de donde se anclará fuertemente al suelo.

2.      Llevar sólo un filamento del cable a la estación espacial desde donde descenderá hasta ser anclado al suelo, después desde la superficie de la Tierra se irán elevando filamentos de cable hasta la estación espacial, de manera que poco a poco esos filamentos se van haciendo más gruesos hasta formar un cable. Este es un método comprobado en la instalación de los cables en los puentes colgantes.

7.     Vibración:
Es una de las partes técnicas que más se le tiene que poner atención, ya que podría causar un desequilibrio en el cable y la estación espacial podría descender y posiblemente caer a la Tierra, en su último caso el cable podría romperse.
Todos los objetos tienen una cierta frecuencia, si esa frecuencia de la onda se propagara al cable causaría una vibración posiblemente catastrófica.
Recordar que así fue como se derrumbó el puente Tacoma Narrows.



Tipos de elevadores espaciales:
Elevador Anclado a tierra:
Es el más conocido y famoso de los elevadores espaciales.
Se trata de una estación espacial de gran masa en órbita geoestacionaria de la cual se extiende un cable o una cinta de nanotubos de carbono anclada al planeta Tierra.
El ancla puede estar sujeta ya sea a la superficie terrestre o alguna plataforma marina.


Elevador Voladizo:
Este tipo de elevador espacial es igual que el elevador anclado a tierra pero con la excepción que éste no está sujeto a la tierra o alguna plataforma en la superficie del Planeta.
En cambio, el extremo inferior del cable está suspendido en el aire sin tocar el suelo, pero cerca de él (1,000 m).
El propósito de este cable es evitar una catástrofe (que sería muy grande y abarcaría casi toda la circunferencia de la Tierra ya que el perímetro del Planeta es 40,074 km y la longitud del cable 35,790 km) por algún error que se pudiera cometer.
Otra ventaja de este elevador es que puede desplazarse a través del ecuador del Planeta, pero a velocidades bajas, para que no haya casi un diferencial de velocidad entre atmósfera y cable, y así poder subir a bordo cargas muy pesadas sin necesidad de transportarlas hasta un lugar fijo.

Elevador espacial por fuerza centrípeta:
Es básicamente el mismo tipo de elevador espacial que el elevador anclado a tierra con la excepción que la órbita en la que se encuentra la estación espacial es determinada por la fuerza centrípeta que le proporciona la Tierra por medio de un cable sujeto a tierra.
Las tensiones en este tipo de cable son muy altas, su anclaje a tierra debe ser muy profundo y fuerte, entre más masiva sea la estación espacial, con más fuerza jalará ésta del cable.
La ventaja de este tipo de elevador espacial es que no necesariamente la estación espacial debe ser muy masiva.

Elevador Sólido:
Este es el mejor tipo de elevador del futuro, de realizarse sería la obra maestra de ingeniería de la humanidad en toda su historia.
Este tipo de elevador es muy distinto que los 2 primeros expuestos. Se trata de un edificio como cualquier otro, pero a diferencia de los demás, éste sería bastante alto, teniendo como altura 350 kmsnm que si se construyera en el poblado llamado “Mitad del Mundo” cerca de Quito, Ecuador (2,850 msnm), mediría 419 veces más que el edificio Burj Khalifa en Dubai, EAU, que es el más alto del mundo con 828 m.

Imaginémonos en un futuro (500 años) un edificio multiusos cilíndrico con un espesor de 2 kilómetros, constaría con ciudades enteras por doquier, con trenes hacia arriba para poder llegar al espacio, quizá con la ayuda de la levitación magnética para llegar más rápido tubos de vacío para que no hubiera rozamiento con la atmósfera durante el trayecto de subida. Habría tubos de vacío públicos y accesibles por medio de una tarifa y privados para quienes los compren. Quizá a 10 km pueda haber zonas de paracaidismo y demás deportes extremos, lujosos restaurantes, centros de conferencia, estadios que sobresalgan del edificio y viviendas exclusivas. En el tope del edificio se llegaría al espacio, donde aguardarían naves espaciales atracadas como camiones en una central de autobuses, desde donde se darían paseos orbitales, se iría a Marte, a asteroides en el cinturón de asteroides, al satélite Europa de Júpiter y a la Luna quizá por cuestiones de trabajo.





Planes a futuro:
Japón (JAXA):
Japón está reclutando investigadores de varios países para convertirse en el primer país con un elevador espacial en el futuro cercano.
Se trata de un elevador de tipo fuerza centrípeta para evitar que el peso puesto en órbita deba ser demasiado grande, los científicos creen que lo mejor es “dejar cuerda suelta” en el extremo superior del ascensor, de forma que al girar tire de toda la construcción hacia arriba. Esto implicaría un cable con una longitud total de casi 100,000 km.
Su costo se estima en US $9,000’000,000.

Estados Unidos (NASA):
La NASA concede US $500,000 para quien resulte ganador del concurso “The Space Elevator Games” organizado por “The Spaceward Foundation” cada año,  con esto busca aumentar las ideas, creatividad y tecnología para que el elevador espacial sea una realidad en un futuro cercano.

Ya que la NASA quiere llevar al primer hombre a Marte, su plan es crear varios  vehículos con suficiente CARGA ÚTIL y así poder construir una estación marciana en la superficie del Planeta Rojo, la cual tiene que ser suficientemente autosustentable para que los hombres que vayan a Marte no necesiten nada de la Tierra durante 2 años; lo principal comida, agua, oxígeno y que puedan despegar de la superficie marciana y así regresar a la Tierra. Por lo que la carga útil se aumenta entre más se lleve al espacio y el costo bajaría enormemente con un elevador espacial, que después de haber llegado al espacio, se ensamblarían las partes de la primera nave espacial tripulada a Marte.

A pesar de los retos técnicos que construir un elevador espacial conlleva, la NASA planea construir una estación lunar para obtener los recursos suficientes para la misión; como oxígeno e hidrógeno para el combustible, agua potable y quizá la fabricación de materiales y componentes para la misión, esto debido a que la atmósfera y gravedad de la Luna es menor en comparación con la de la Tierra, lo que ahorraría combustible para salir de la atracción del satélite y aumentaría la carga útil para Marte.

El cable del elevador espacial estará sujeto a una plataforma ubicada en el ecuador, en la costa del Pacífico de Sudamérica, donde los vientos son calmos, el clima es bueno y circulan pocos aviones comerciales. La plataforma será móvil para que el cable se pueda mover para sacarla del camino de los satélites en órbita.




Inversión privada:
La empresa LiftPort Group fue fundada en abril del 2003 se dedica a la creación de una forma barata, confiable y segura para tener acceso al espacio, la compañía se centra en un elevador espacial compuesto por nanotubos de carbono.
En 2005 anunció el plan de construir una panta manufacturera de nanotubos de carbón a escala industrial.
El 20 de septiembre de 2005 logró suspender un cable a 300 m por medio de un globo.
En 2006 lanzó una plataforma de observación y comunicación a 1.467 km de altura en una posición estacionaria por más de 6 horas  mientras que los elevadores robóticos subían y bajaban de la cinta.
Afirma que para el 2018 construirá una plataforma marítima desde donde emergerá el elevador.
Su ascensor espacial se divide en 4 partes principales: plataforma marítima, el emisor láser, la cinta de nanotubos de carbono y el carro robot que subirá por la cinta.




Entonces: ¿el elevador espacial es posible?
En un futuro cercano (2025) no es posible, principalmente por la baja producción de nanotubos de carbono y la baja inversión de capital.

Se estima que entre el 2036 y 2040 ya esté funcionando algún elevador espacial, siendo así, en la década de los 40’s será la de los viajes a la Luna y posteriormente siguiendo con la conquista del Sistema Solar llegando el primer hombre a Marte. Si el hombre llega a Marte antes del 2050, sería un gran logro tecnológico, es muy posible que suceda esto debido a la gran presión sobre las agencias espaciales para que el hombre llegue a Marte, incluso hoy en día, por lo que un elevador espacial falicitaría y haría más rápido esta proeza, la cual si no se construye pudiera llevar más tiempo llegar a Marte, posiblemente en el aniversario 100 de la llegada a la Luna en 2069 si tenemos suerte, si no es que más.  


La construcción de este aparato es un hecho y no nos queda más que esperar a los adelantos tecnológicos para que la producción masiva de nanotubos de carbono nos llegue, y que el futuro a mediano plazo gracias al elevador espacial sea más prometedor en la conquista y exploración espacial, tanto de sondas como de seres humanos posados en otros mundos.




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4 comentarios:

  1. esperar a que llegue la tecnologia? de verdad crees que no existe ya? las pantallas planas de lcd existen desde los años 30 incluso antes y muchos mas casos que si quieres te cuento de tecnologia ocultada que no es usada ni en las situaciones en las que podria venir de perlas por causas que tienden mas a ser por los veneficios economicos que por su verdadero uso moral en pos del avance cientifico... la maquinaria de ocultacion mediante desinformacion funciona tan bien que no os dai cuenta que esta jilipollez del ascensor espacial como proyecto de futuro no es mas que una maniobra para ocultar que ya hoy por hoy hay metodos mucho mas eficientes para ello o que ya se esten usando sin que nos demos cuenta... el pensamiento filosofico te demuestra mucho mejor el comportamiento humano y sus mecanismos de ocultacion para un beneficio superior y sin competidores...

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  2. crees en la retroingenieria? como explicas que el grafeno sea tan perfecto y que supuestamente cuesta tanto producirlo si en realidad sus supuestos descubridores lo hicieron con un presupuesto de ''nada'' y zas! premio nobel! es absurdo y poco cientifico pensar que algo tan sencillo como el nanotubo no llevara usandose treinta años! la mayoria de los avances tecnologicos no son mas que cortinas de humo para la ocultacion de lo que ya esta descubierto... todo a causa del miedo que pueda darles que sus enemigos se hicieran con sus descubrimientos... USA = armario de narnia

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  3. pois eu acho que "a ficçao cientifica" vai aparecer muito antes do que parece porque vao descobrir nas proximas decadas outras leis da fisica outros materias com a ajuda da inteligencia de computadores. Descobertas para isso vao ser:
    saber o que é: O NADA . outras leis, ciencia quantica. produçao de materiais "magicos". "os mistérios" do "genesis", etc, etc. sim, a humanidade vai circular no cosmos. Vao atingir "a divindade"... que provavelmente ja foi atingida antes... da ultima "extinçao" (...) : )

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Comentarios a AstroCiencia: