Come funzionerebbe un ascensore spaziale

Un ascensore spaziale è un sistema di trasporto proposto che collega la superficie terrestre allo spazio. L’ascensore consentirebbe ai veicoli di viaggiare in orbita o nello spazio senza l’uso di razzi. Sebbene il viaggio in ascensore non sarebbe più veloce del viaggio con un razzo, sarebbe molto meno costoso e potrebbe essere utilizzato continuamente per trasportare merci e possibilmente passeggeri.

Konstantin Tsiolkovsky descrisse per la prima volta un ascensore spaziale nel 1895. Tsiolkovksy propose di costruire una torre dalla superficie fino all’orbita geostazionaria, creando essenzialmente un edificio incredibilmente alto. Il problema con la sua idea era che la struttura sarebbe stata schiacciata da tutto il peso sopra di essa. I concetti moderni di ascensori spaziali si basano su un principio diverso: la tensione. L’ascensore sarebbe stato costruito utilizzando un cavo collegato a un’estremità alla superficie terrestre e a un massiccio contrappeso all’altra estremità, sopra l’orbita geostazionaria (35,786 km). La gravità tirerebbe verso il basso sul cavo, mentre la forza centrifuga dal contrappeso orbitante si spingerebbe verso l’alto. Le forze opposte ridurrebbe lo stress sull’ascensore, rispetto alla costruzione di una torre nello spazio.

Mentre un normale ascensore utilizza cavi mobili per tirare su e giù una piattaforma, l’ascensore spaziale farebbe affidamento su dispositivi chiamati crawler, scalatori o sollevatori che viaggiano lungo un cavo fisso o un nastro. In altre parole, l’ascensore si sposterebbe sul cavo. Più scalatori dovrebbero viaggiare in entrambe le direzioni per compensare le vibrazioni della forza di Coriolis che agisce sul loro movimento.

Parti di un ascensore spaziale

La configurazione per l’ascensore sarebbe qualcosa del genere: una stazione massiccia, un asteroide catturato o un gruppo di alpinisti sarebbe posizionato più in alto dell’orbita geostazionaria. Poiché la tensione sul cavo sarebbe al massimo nella posizione orbitale, il cavo sarebbe più spesso lì, assottigliandosi verso la superficie terrestre. Molto probabilmente, il cavo sarebbe stato distribuito dallo spazio o costruito in più sezioni, spostandosi sulla Terra. Gli alpinisti si muovevano su e giù per il cavo su rulli, tenuti in posizione dall’attrito. L’energia potrebbe essere fornita dalla tecnologia esistente, come il trasferimento di energia wireless, l’energia solare e / o l’energia nucleare immagazzinata. Il punto di connessione in superficie potrebbe essere una piattaforma mobile nell’oceano, che offre sicurezza per l’ascensore e flessibilità per evitare gli ostacoli.

Viaggiare su un ascensore spaziale non sarebbe veloce! Il tempo di viaggio da un’estremità all’altra sarebbe da diversi giorni a un mese. Per mettere la distanza in prospettiva, se lo scalatore si muovesse a 300 km / h (190 mph), ci vorrebbero cinque giorni per raggiungere l’orbita geosincrona. Poiché gli alpinisti devono lavorare di concerto con gli altri sul cavo per renderlo stabile, è probabile che i progressi siano molto più lenti.

Sfide ancora da superare

Il più grande ostacolo alla costruzione dell’ascensore spaziale è la mancanza di un materiale con una resistenza alla trazione ed elasticità sufficientemente elevate e una densità sufficientemente bassa per costruire il cavo o il nastro. Finora, i materiali più resistenti per il cavo sarebbero i nanotubi di diamante (sintetizzati per la prima volta nel 2014) o i nanotubuli di carbonio. Questi materiali devono ancora essere sintetizzati per ottenere un rapporto tra lunghezza o resistenza alla trazione e densità sufficienti. I legami chimici covalenti che collegano gli atomi di carbonio nei nanotubi di carbonio o diamante possono sopportare solo così tanto stress prima di decomprimere o lacerarsi. Gli scienziati calcolano la tensione che i legami possono sopportare, confermando che mentre un giorno potrebbe essere possibile costruire un nastro abbastanza lungo da estendersi dalla Terra all’orbita geostazionaria, non sarebbe in grado di sostenere ulteriore stress dall’ambiente, vibrazioni e scalatori.

Vibrazioni e oscillazioni sono una considerazione seria. Il cavo sarebbe suscettibile alla pressione del vento solare, delle armoniche (cioè, come una corda di violino molto lunga), dei fulmini e delle oscillazioni dovute alla forza di Coriolis. Una soluzione sarebbe controllare il movimento dei crawler per compensare alcuni degli effetti.

Un altro problema è che lo spazio tra l’orbita geostazionaria e la superficie terrestre è disseminato di spazzatura spaziale e detriti. Le soluzioni includono ripulire lo spazio vicino alla Terra o rendere il contrappeso orbitale in grado di schivare gli ostacoli.

Altri problemi includono la corrosione, gli impatti di micrometeoriti e gli effetti delle cinture di radiazione di Van Allen (un problema sia per i materiali che per gli organismi).

L’entità delle sfide insieme allo sviluppo di razzi riutilizzabili, come quelli sviluppati da SpaceX, hanno diminuito l’interesse per gli ascensori spaziali, ma ciò non significa che l’idea dell’ascensore sia morta.

Gli ascensori spaziali non sono solo per la Terra

Un materiale adatto per un ascensore spaziale terrestre deve ancora essere sviluppato, ma i materiali esistenti sono abbastanza resistenti da supportare un ascensore spaziale sulla Luna, altre lune, Marte o asteroidi. Marte ha circa un terzo della gravità della Terra, ma ruota all’incirca alla stessa velocità, quindi un ascensore spaziale marziano sarebbe molto più corto di uno costruito sulla Terra. Un ascensore su Marte dovrebbe affrontare l’orbita bassa della luna Phobos, che interseca regolarmente l’equatore marziano. La complicazione per un ascensore lunare, d’altra parte, è che la Luna non ruota abbastanza velocemente da offrire un punto di orbita stazionario. Tuttavia, potrebbero essere usati i punti lagrangiani. Anche se un ascensore lunare sarebbe lungo 50,000 km sul lato vicino della Luna e anche più lungo sul lato opposto, la gravità inferiore rende la costruzione fattibile. Un ascensore marziano potrebbe fornire un trasporto continuo al di fuori del pozzo gravitazionale del pianeta, mentre un ascensore lunare potrebbe essere utilizzato per inviare materiali dalla Luna in un luogo facilmente raggiungibile dalla Terra.

Quando verrà costruito un ascensore spaziale?

Numerose aziende hanno proposto piani per ascensori spaziali. Studi di fattibilità indicano che un ascensore non verrà costruito fino a quando (a) non verrà scoperto un materiale che può supportare la tensione per un ascensore terrestre o (b) non sarà necessario un ascensore sulla Luna o su Marte. Sebbene sia probabile che le condizioni vengano soddisfatte nel 21 ° secolo, aggiungere un viaggio in ascensore spaziale alla tua lista dei desideri potrebbe essere prematuro.

lettura consigliata

  • Landis, Geoffrey A. & Cafarelli, Craig (1999). Presentato come documento IAF-95-V.4.07, 46th International Astronautics Federation Congress, Oslo Norvegia, 2-6 ottobre 1995. “The Tsiolkovski Tower Reexamined”. Giornale della British Interplanetary Society. 52: 175-180. 
  • Cohen, Stephen S .; Misra, Arun K. (2009). “L’effetto del transito dello scalatore sulle dinamiche dell’ascensore spaziale”. Acta Astronautica. 64 (5–6): 538-553. 
  • Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Swan, C. Space Elevator Architectures and Roadmaps, Lulu.com Publishers 2015