Aunque la construcción de un ascensor espacial ya está dentro de nuestras capacidades de ingeniería, lamentablemente las pasiones en torno a esta estructura han disminuido recientemente. La razón es que los científicos aún no pueden obtener la tecnología para producir nanotubos de carbono de la resistencia requerida a escala industrial.

La idea de un lanzamiento de carga en órbita sin cohetes fue propuesta por la misma persona que fundó la astronáutica teórica: Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Inspirándose en la Torre Eiffel que vio en París, describió su visión de un ascensor espacial en forma de torre de gran altura. Su punta solo estaría en una órbita geocéntrica.

La torre del ascensor se basa en materiales fuertes que resisten la compresión, pero las ideas modernas para los ascensores espaciales todavía consideran una versión con cables que deben tener una tensión fuerte. Esta idea fue propuesta por primera vez en 1959 por otro científico ruso, Yuri Nikolaevich Artsutanov. Por primera vez se publicó en 1975 un trabajo científico con cálculos detallados sobre un ascensor espacial en forma de cable, y en 1979 Arthur C. Clarke lo popularizó en su obra Las fuentes del paraíso.

Aunque los nanotubos en este momento son reconocidos como el material más duradero y el único adecuado para construir un ascensor en forma de cable que se extiende desde un satélite geoestacionario, la resistencia de los nanotubos obtenidos en el laboratorio aún no es suficiente para la calculada.

Teóricamente, la resistencia de los nanotubos debería ser superior a 120 GPa, pero en la práctica, la mayor extensibilidad de un nanotubo de pared simple fue de 52 GPa y, en promedio, se rompieron en el rango de 30-50 GPa. Un ascensor espacial requiere materiales con una resistencia de 65 a 120 GPa.

A fines del año pasado, en el festival de cine documental más grande de Estados Unidos, DocNYC, se mostró la película Sky Line, que describe los intentos de los ingenieros de los EE. UU. para construir un ascensor espacial, incluidos los participantes en la competencia X-Prize de la NASA.

Los personajes principales de la película son Bradley Edwards y Michael Lane. Edwards es un astrofísico que trabaja en la idea de un ascensor espacial desde 1998. Lane es empresario y fundador de LiftPort, que promueve el uso comercial de nanotubos de carbono.

A finales de los 90 y principios de los 2000, Edwards, habiendo recibido subvenciones de la NASA, desarrolló de cerca la idea de un ascensor espacial, calculando y evaluando todos los aspectos del proyecto. Todos sus cálculos muestran que esta idea es factible, si solo hay una fibra lo suficientemente fuerte para el cable.

Edwards se asoció con LiftPort durante un tiempo para buscar financiación para un proyecto de ascensor, pero debido a desacuerdos internos, el proyecto nunca se materializó. LiftPort cerró en 2007, aunque un año antes, como parte de una demostración de parte de su tecnología, mostró con éxito un robot que trepaba por un cable vertical de una milla de largo suspendido de globos.

Ese espacio privado, centrado en cohetes reutilizables, podría suplantar por completo el desarrollo de ascensores espaciales en el futuro previsible. Según él, el ascensor espacial es atractivo solo porque ofrece formas más económicas de poner bienes en órbita, y los cohetes reutilizables se están desarrollando precisamente para reducir el costo de esta entrega.

Edwards culpa del estancamiento de la idea a la falta de apoyo real para el proyecto. “Así son los proyectos que cientos de personas repartidas por el mundo desarrollan como hobby. No se logrará ningún progreso serio hasta que haya un apoyo real y un control centralizado”.

La situación es diferente con el desarrollo de la idea de un ascensor espacial en Japón. El país es famoso por sus logros en el campo de la robótica, y el físico japonés Sumio Iijima es considerado un pionero en el campo de los nanotubos. La idea de un ascensor espacial aquí es casi nacional.

La empresa japonesa Obayashi promete tener un ascensor espacial en funcionamiento para 2050. El jefe de la empresa, Yoji Ishikawa, dice que están trabajando con contratistas privados y universidades locales para mejorar la tecnología de nanotubos existente.

Ishikawa dice que, si bien la empresa comprende la complejidad del proyecto, no ve obstáculos fundamentales para su implementación. También cree que la popularidad de la idea del ascensor espacial en Japón se debe a la necesidad de tener algún tipo de idea nacional que reúna a la gente en el contexto de la difícil situación económica de las últimas dos décadas.

Ishikawa confía en que aunque una idea de esta magnitud probablemente solo se pueda realizar a través de cooperación internacional, Japón bien puede convertirse en su locomotora debido a la gran popularidad del ascensor espacial en el país.

Mientras tanto, la empresa canadiense de defensa y espacio Thoth Technology recibió la patente estadounidense n.º 9.085.897 el verano pasado para su variante de ascensor espacial. Más precisamente, el concepto involucra la construcción de una torre que mantiene la rigidez debido al gas comprimido.

La torre debe entregar carga a una altura de 20 km, desde donde ya se pondrán en órbita utilizando cohetes convencionales. Tal opción intermedia, según los cálculos de la compañía, ahorrará hasta un 30% de combustible en comparación con un cohete.

Un viaje en un ascensor espacial probablemente se parecerá a un vuelo en un globo aerostático, sin el rugido de las boquillas, sin una columna de llamas furiosas. La tierra se hunde lentamente. Las casas se vuelven más pequeñas, los caminos se vuelven hilos apenas perceptibles, las cintas plateadas de los ríos se vuelven más delgadas. Finalmente, el mundo vano inferior se oculta en las nubes, y el mundo trascendental superior se abre. Pasó la atmósfera, detrás del cristal: negrura cósmica. Y la cabina se desliza más y más alto a lo largo del cable, invisible contra el fondo azul verdoso del planeta y desapareciendo en el vacío sin fondo.

Tsiolkovsky también describió una estructura que podría conectar la órbita con la superficie de la Tierra. A principios de la década de 1960, la idea fue desarrollada por Yuri Artsutanov y Arthur C. Clarke la utilizó en la novela Las fuentes del paraíso. "World of Fantasy" vuelve al tema del ascensor espacial e intenta imaginar cómo debería funcionar y qué se necesita para ello.

órbita geoestacionaria

¿Es posible que un satélite se quede inmóvil sobre la cabeza del observador? Si la Tierra estuviera inmóvil, como en el sistema ptolemaico del mundo, la respuesta sería "no"; después de todo, sin la fuerza centrífuga, el satélite no permanecería en órbita. Pero, como sabemos, el observador mismo no está estacionario, sino que gira con el planeta. Si el período de revolución del satélite es igual a los días siderales (23 horas 56 minutos 4 segundos), y su órbita está en el plano del ecuador, el dispositivo flotará sobre el llamado "punto de apoyo".

Una órbita en la que el satélite está estacionario en relación con el punto fijo se denomina geoestacionaria. Y para la exploración espacial, es extremadamente importante. Es en él donde se encuentran la mayoría de los satélites de comunicación, y la comunicación es la dirección principal del uso comercial del espacio. Las transmisiones a través de un repetidor que cuelga sobre el ecuador se pueden recibir en "antenas parabólicas" fijas.

También existe la idea de colocar una estación tripulada en órbita geoestacionaria. ¿Para qué? Primero, para el mantenimiento y reparación de satélites de comunicaciones. Para que los satélites duren unos años más, a menudo solo se requiere repostar los micromotores que aseguran la orientación de los paneles solares y las antenas. La estación tripulada podrá maniobrar a lo largo de la órbita geoestacionaria, descender (al mismo tiempo, su velocidad angular será mayor que la de los satélites "parados"), alcanzar el aparato que requiere mantenimiento y volver a subir. El combustible para esto no tomará más de lo que consume una estación de órbita baja cuando supera la fricción contra una atmósfera enrarecida.

Parece un gran beneficio. Pero abastecer un puesto de avanzada tan remoto costaría demasiado. Los cambios de tripulación y los barcos de transporte requerirán vehículos de lanzamiento cinco veces más pesados ​​que los que se utilizan actualmente. Mucho más atractiva es la idea de utilizar una estación de gran altura para construir un ascensor espacial.

Cuerdas

¿Qué sucede si se lanza un cable desde un satélite geoestacionario en dirección a la Tierra? Primero, la fuerza de Coriolis lo llevará adelante. Después de todo, recibirá la misma velocidad que el satélite, pero estará en una órbita más baja, lo que significa que su velocidad angular será mayor. Pero después de un tiempo, el cable ganará peso y colgará verticalmente. El radio de rotación se reducirá y la fuerza centrífuga ya no podrá equilibrar la fuerza de la gravedad. Si continúa grabando la cuerda, tarde o temprano llegará a la superficie del planeta.

Para evitar que el centro de gravedad del sistema se desplace, se necesita un contrapeso. Algunos sugieren usar satélites gastados o incluso un pequeño asteroide como lastre. Pero hay una opción más interesante: grabar el cable en la dirección opuesta, desde la Tierra. Él también se enderezará y estirará. Pero ya no por su propio peso, sino por la fuerza centrífuga.

El segundo cable será más útil que un simple lastre. La entrega barata y sin cohetes de cargas útiles a la órbita geoestacionaria es útil, pero no justificará el costo de un ascensor por sí solo. La estación a una altitud de 36.000 kilómetros solo se convertirá en un punto de transferencia. Además, ya sin gasto de energía, siendo aceleradas por la fuerza centrífuga, las cargas se desplazarán a lo largo del segundo cable. A una distancia de 144.000 kilómetros de la Tierra, su velocidad superará a la segunda cósmica. El ascensor se convertirá en una catapulta, enviando proyectiles a la Luna, Venus y Marte debido a la energía de la rotación del planeta.

El problema es el cable, que no debe romperse por su propio peso, a pesar de su fantástica longitud. Con un cable de acero, esto sucederá ya a una longitud de 60 kilómetros (y posiblemente mucho antes, ya que los defectos son inevitables durante el tejido). Se puede evitar que se rompa si el grosor de la cuerda aumenta exponencialmente con la altura; después de todo, cada sección posterior debe soportar su propio peso más el peso de todas las anteriores. Pero habrá que interrumpir el experimento mental: más cerca del extremo superior, el cable alcanzará un grosor tal que el hierro se reserva en la corteza terrestre simplemente no es suficiente.

Incluso el polietileno más fuerte "Dyneema" (Dyneema), a partir del cual se fabrican los chalecos antibalas y las líneas de paracaídas, no encaja. Tiene una densidad baja, con una sección transversal de un milímetro cuadrado, soporta una carga de dos toneladas y se rompe por su propio peso solo en una longitud de 2500 kilómetros. Pero el cable dainima también debería tener una masa de unas 300.000 toneladas y un espesor de 10 metros en el extremo superior. Es casi imposible poner una carga de este tipo en órbita, y un ascensor solo se puede construir desde arriba.

Hope se inspira en los nanotubos de carbono descubiertos en 1991, teóricamente capaces de superar en resistencia al Kevlar 30 veces (en la práctica, un cable de polietileno es aún más fuerte). Si se confirman las estimaciones optimistas de su potencial, será posible producir una cinta de sección transversal constante, de 36.000 km de largo, con un peso de 270 toneladas y una capacidad de carga de 10 toneladas. Y si al menos se confirman las estimaciones pesimistas, un ascensor con un cable de 1 mm de grosor en la Tierra y 25 centímetros en órbita (900 toneladas de peso sin contrapeso) dejará de ser una fantasía.

Elevar

Crear un ascensor para un ascensor espacial no es una tarea trivial. Para hacer un cable, solo necesita desarrollar una nueva tecnología. Aún no se ha inventado un mecanismo capaz de escalar este cable y poner carga en órbita. El método "terrestre", cuando la cabina está unida a una cuerda enrollada en un tambor, no resiste las críticas: la masa de la carga será insignificante en comparación con la masa de la cuerda. El ascensor tendrá que subir solo.

Parecería que esto es fácil de implementar. El cable se sujeta entre los rodillos y el automóvil se arrastra hacia arriba, sostenido por la fricción. Pero esto es solo en ciencia ficción un ascensor espacial: una torre o una columna poderosa, dentro de la cual se mueve la cabina. En realidad, un hilo apenas visible llegará a la superficie de la Tierra, en mejor caso: Banda estrecha. El área de contacto entre los rodillos y el soporte será despreciable, lo que significa que el rozamiento no puede ser grande.

Hay otra limitación: el mecanismo no debe dañar el cable. Por desgracia, aunque la nanotela es increíblemente resistente a los desgarros, eso no significa que sea difícil de cortar o desgastar. Será muy difícil reemplazar un cable roto. Y si estalla a gran altura, la fuerza centrífuga llevará la estación al espacio, destruyendo todo el proyecto. Para mantener el centro de gravedad del sistema en órbita en caso de emergencia, se deberán colocar pequeñas minas a lo largo de todo el cable. Cuando una de las ramas se rompe, inmediatamente dispararán una parte igual de la opuesta en masa.

Hay muchos otros problemas interesantes para resolver también. Por ejemplo, la divergencia de ascensores que se acercan entre sí y el rescate de pasajeros de cabinas "atascadas".

El problema más difícil es la fuente de alimentación del ascensor. La energía para el motor requerirá bastante grande. La capacidad de las baterías, tanto existentes como en desarrollo, no es suficiente. El suministro de combustible químico y oxidante convertirá el ascensor en un sistema de varias etapas de tanques y motores. Este maravilloso diseño, por cierto, tampoco necesita un cable costoso: existe en este momento y se llama "cohete de refuerzo".

La forma más fácil es incrustar hilos de contacto en el cable. Pero el cable no resistirá el peso del cableado metálico, lo que significa que será necesario "enseñar" a los nanotubos a conducir electricidad. La energía autónoma en forma de paneles solares o una fuente de radioisótopos es bastante débil: según la estimación más optimista, el ascenso con ellos llevará décadas. Un reactor nuclear con una mejor relación masa-potencia pondrá una cabina en órbita en años. Pero él mismo es demasiado pesado y, además, requerirá dos o tres repostajes en el camino.

Quizás la mejor opción sea transferir energía mediante un láser o una pistola de microondas que irradie el dispositivo receptor del ascensor. Pero él no está exento de defectos. Con el nivel actual de tecnología, solo una pequeña parte de la energía recibida se puede convertir en energía eléctrica. El resto se convertirá en calor, lo que será muy problemático de eliminar en un espacio sin aire.

Si el cable está dañado, no será fácil llevar reparadores al área dañada. Y si se rompe, es demasiado tarde (fotograma de juegos de aureola 3: ODST)

Protección de radiación

Malas noticias para los que quieren andar ligeros: el ascensor atravesará los cinturones de radiación de la Tierra. El campo magnético del planeta captura partículas del viento solar (protones y electrones) y evita que la radiación peligrosa llegue a la superficie. Como resultado, la Tierra en el plano ecuatorial está rodeada por dos colosales toros, dentro de los cuales se concentran las partículas cargadas. Incluso las naves espaciales tratan de evitar estas áreas.

El primer cinturón, la trampa de protones, comienza a una altitud de 500–1300 kilómetros y termina a una altitud de 7000 kilómetros. Detrás de él, hasta unos 13.000 kilómetros de altitud, hay una zona relativamente segura. Pero aún más lejos, entre 13 y 20 mil kilómetros, se borra el cinturón de radiación exterior de electrones de alta energía.

Las estaciones orbitales orbitan por debajo de los cinturones de radiación. Tripulado naves espaciales los cruzó solo durante las expediciones lunares, dedicando solo unas pocas horas a esto. Pero el ascensor tardará alrededor de un día en superar cada uno de los cinturones. Esto significa que la cabina deberá estar provista de una protección antirradiación seria.

torre de amarre

La base de un ascensor espacial generalmente se imagina como un complejo de estructuras terrestres ubicadas en algún lugar de Ecuador, las selvas de Gabón o en un atolón en Oceanía. Pero la solución más obvia no siempre es la mejor. Una cuerda fuera de órbita se puede asegurar a la cubierta de un barco o a la parte superior de una torre colosal. Una embarcación esquivará huracanes que, si no cortan un ascensor que tiene una considerable resistencia al viento, arrojan ascensores fuera de él.

Una torre de 12-15 kilómetros de altura protegerá el cable de los disturbios de la atmósfera, además, reducirá un poco su longitud. A primera vista, el beneficio parece insignificante, pero si la masa del cable depende exponencialmente de su longitud, incluso una pequeña ganancia permitirá lograr ahorros significativos. Además, la torre de amarre permite duplicar aproximadamente la capacidad de carga del sistema debido al rechazo del tramo más delgado y vulnerable del hilo.

Sin embargo, erigir un edificio de tal altura solo es posible en las páginas de las novelas de ciencia ficción. En teoría, una torre de este tipo se puede construir con un material que tenga la dureza del diamante. De hecho, ninguna base puede soportar su peso.

Sin embargo, es posible construir una torre de amarre a una altura de muchos kilómetros. Solo que el material de construcción no debe ser hormigón, sino gas: globos llenos de helio. Tal torre será un "flotador", cuya parte inferior está sumergida en la atmósfera y, debido a la fuerza de Arquímedes, sostiene la parte superior, que ya se encuentra en un espacio casi sin aire. Esta estructura se puede construir desde abajo, a partir de bloques separados, pequeños y completamente intercambiables. No existen obstáculos fundamentales para que la “torre inflable” alcance una altura de 100 o incluso 160 kilómetros.

Incluso sin un ascensor espacial, la "torre flotante" tiene sentido. Como una central eléctrica, si la capa exterior está cubierta con paneles solares. Como repetidor al servicio del territorio con un radio de mil quinientos kilómetros. Finalmente, como observatorio y base para el estudio de la alta atmósfera.

Y si no apunta a una altura de cientos de kilómetros, puede utilizar un globo en forma de anillo, "anclado" a una altitud de 40 kilómetros, como estación de amarre. Una aeronave gigante (o varias aeronaves situadas una encima de otra) descargará el cable del ascensor, asumiendo su peso en las últimas decenas de kilómetros.

Pero las ventajas más significativas las daría una plataforma móvil en forma de aeronave a gran altura que sobrevuela el ecuador a una velocidad de 360 ​​km/h (que es bastante alcanzable cuando el motor funciona con paneles solares y un reactor nuclear). ). En este caso, el satélite no necesita colgar sobre un punto. Su órbita se ubicará 7.000 kilómetros por debajo de la geoestacionaria, lo que reducirá la longitud del cable en un 20% y la masa en 2,5 veces (teniendo en cuenta la ganancia por el uso de la "torre de amarre"). Queda por resolver el problema de la entrega de mercancías a la propia aeronave.

catapulta de gravedad

El ascensor espacial es el proyecto más ambicioso, pero no el único, que utiliza cables para lanzar astronave. Algunas otras ideas se pueden implementar ya en el nivel actual de tecnología.

¿Qué sucederá, por ejemplo, si una carga atada con un cable es empujada fuera de un transbordador que flota en órbita "hacia arriba", lejos de la Tierra? De acuerdo con la ley de conservación del momento, la propia nave se desplazará a una órbita más baja. Y empezará a caer. La carga, que arrastra consigo el cable que se desenrolla, primero será desviada por la fuerza de Coriolis hacia atrás, pero luego se precipitará "hacia arriba". Después de todo, con un aumento en el radio de rotación, la gravedad se debilitará y la fuerza centrífuga aumentará. El sistema funcionará como un fundíbulo, una antigua máquina arrojadiza. La lanzadera asumirá el papel de la jaula con piedras, el cable se convertirá en una eslinga y el eje se convertirá en centro común masas del sistema, que se encuentra en estado de ingravidez en la órbita inicial de la nave espacial. Habiéndose balanceado sobre el eje, el cable se enderezará en dirección vertical, se estirará y arrojará la carga.

La diferencia entre una catapulta gravitacional y un ascensor espacial es que el papel de la "jaula" en el ascensor lo realiza el propio planeta, "cayendo" a una altura indistinguiblemente baja en relación con el centro de masa del "proyectil de tierra". sistema. En este caso, se gastará la energía cinética del transbordador. La nave transferirá parte de su impulso a la carga -digamos, una estación interplanetaria automática- perderá velocidad y altitud y entrará en las densas capas de la atmósfera. Lo que también es bueno, ya que normalmente, para descender de la órbita, el transbordador tiene que ser frenado por motores, quemando combustible.

Con la ayuda de una catapulta de cable, el transbordador podrá enviar 2 o 3 veces más carga a Marte o Venus que de la manera tradicional. Lo cual, sin embargo, todavía no permitirá que el sistema de lanzadera compita con un vehículo de lanzamiento convencional en eficiencia. De hecho, para un lanzamiento de "eyección", será necesario poner en órbita no solo la carga útil, sino también un cable gigantesco con un "contrapeso". Otra cosa es que se puede encontrar un contrapeso para una catapulta justo en órbita; por ejemplo, es adecuado un barco de transporte que ha completado su misión. Además, en torno a nuestro planeta gira una masa de “basura espacial”, que habrá que recoger en un futuro previsible.

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Los problemas asociados con la construcción de un ascensor espacial están lejos de resolverse. No aparecerá pronto una alternativa rentable a los cohetes y transbordadores. Pero por el momento, la “escalera al vacío” es el proyecto más fantástico ya gran escala en el que está trabajando la ciencia. Incluso si la estructura, que tiene una docena de veces el diámetro del planeta, resulta ineficaz, marcará el comienzo de una nueva etapa en la historia de la humanidad. La misma “salida de la cuna” de la que habló Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky hace más de un siglo.

La idea de un ascensor espacial ha estado excitando la mente de la humanidad durante muchos años, desde el momento en que, en 1895, el científico ruso Konstantin Tsiolkovsky formuló por primera vez el concepto y el concepto. Inspirándose en la Torre Eiffel recién construida, describió una estructura independiente que se extiende desde el nivel del suelo hasta la órbita geoestacionaria. Elevándose 36 mil kilómetros sobre el ecuador y siguiendo la dirección de rotación de la Tierra, en el punto final con un período orbital de exactamente un día, esta estructura permanecería en una posición fija.

Propuestas más detalladas aparecieron a mediados y finales del siglo XX, desde el inicio de la carrera espacial, y en un momento en que los vuelos tripulados a la órbita terrestre eran cada vez más habituales. Se esperaba que el ascensor espacial pudiera reducir drásticamente el costo de alcanzar la órbita terrestre al revolucionar el acceso al espacio cercano a la Tierra. espacio exterior, a la Luna, Marte y más allá. Sin embargo, la inversión inicial y el nivel de tecnología requerido dejaron claro que tal proyecto no era factible y le asignó un lugar en el ámbito de la ciencia ficción.

En las primeras décadas del siglo XXI, el concepto comenzó a tomarse más en serio, como tecnologías para . Estas estructuras cilíndricas extendidas con un diámetro de una a varias decenas de nanómetros se pueden "tejer" en hilos de longitud ilimitada. Además, este material tiene una resistencia lo suficientemente alta y al mismo tiempo baja densidad, necesaria para crear un cable de ascensor espacial.

La limitación es otra: por ahora, los nanotubos de carbono se producen en pequeños volúmenes. No alcanza para un solo cable "al cielo". En 2004, la longitud récord de un nanotubo de pared simple fue de solo 0,4 centímetros; en 2006, los científicos lograron alargar el nanoproducto hasta 7 milímetros. En 2008, los científicos lograron tejer una "alfombra" con nanotubos, cuya longitud alcanzó los 185 centímetros y un ancho de 92 cm Sin embargo, desde entonces no ha habido nuevos avances en esta industria. Esta tecnología es muy prometedora, pero se necesita más investigación para mejorar el proceso de fabricación.

Mientras tanto, científicos de todo el mundo continúan desarrollando la idea de un ascensor espacial. Entonces, los japoneses a principios de 2012 anunciaron, a fines de 2012. En 2013, los medios recordaron las raíces rusas del "ascensor espacial" y. Entonces, ¿cuándo se convertirán en realidad ideas tan aparentemente locas?

Basado en los principios de la futurología, usando métodos de extrapolación de datos, asumiendo que la dinámica global de financiamiento actividad científica permanece en el mismo nivel, tenga en cuenta los componentes políticos, económicos y sociales, entonces es posible predecir con bastante precisión los descubrimientos científicos, el tiempo aproximado de creación de un prototipo, la introducción de tecnologías en la producción en masa y el comienzo del uso de productos basados ​​​​en ellos por la sociedad. Entonces, por ejemplo, la ley de Moore ha estado funcionando en electrónica durante más de 40 años.

Los futurólogos confirman, basados ​​en hechos, trabajo científico y tendencias que requerirán varias décadas de investigación para desarrollar nuevos procesos para la síntesis de nanotubos de carbono. Tal descubrimiento ocurrirá aproximadamente en la década de 2040 y revolucionará el campo de la ingeniería mecánica y la construcción. Con la capacidad de "tejer" nanotubos en miniatura en hilos más largos, la humanidad recibirá materiales de alta resistencia (cientos de veces más fuertes que el acero y decenas de veces más fuertes que el Kevlar). Además de muchas otras aplicaciones, la tecnología de ascensores espaciales estará disponible. Imagine que se alcanza la fuerza requerida de 130 gigapascales, ¿entonces qué? Los problemas de diseño permanecen. Por ejemplo, ¿necesita decidir cómo neutralizar las vibraciones peligrosas en el cable causadas por la atracción gravitatoria de la Luna y el Sol, junto con la presión generada por las ráfagas de viento solar?

También es necesario superar importantes dificultades jurídicas y financieras. Se requieren nuevos acuerdos internacionales sobre seguridad de vuelo, seguridad de la aviación y provisión de compensación en caso de accidente o incidentes terroristas. El funcionamiento del mecanismo de seguro es motivo de especial preocupación, dado el potencial de catástrofe si algo sale mal. Mientras tanto, se construirán instalaciones experimentales más pequeñas para demostrar los conceptos básicos a altitudes más bajas. En última instancia, esto allanará el camino para estructuras mucho más grandes que

A fines de la década de 2070, después de 15 años de construcción activa, un ascensor espacial que se extenderá desde la superficie de la Tierra hasta la órbita geoestacionaria estará en pleno funcionamiento. El proceso de construcción incluirá colocar la nave espacial en una posición fija a una altitud de 35.786 kilómetros sobre el ecuador, luego se tirará de un cable que se expandirá gradualmente hacia la Tierra. También se colocará hacia arriba desde este punto, a una altura de más de 47 mil kilómetros, donde los objetos no se verán afectados por la gravedad de la Tierra. En el extremo exterior del cable habrá un gran contrapeso que mantendrá el cable tenso. El "punto de referencia" y el sitio de la estación terrestre del ascensor espacial, muy probablemente, serán la Guayana Francesa, África Central, Sri Lanka o Indonesia.

Al igual que con la mayoría de las formas de transporte e infraestructura a finales del siglo XXI, el ascensor espacial estará impulsado por sistemas y software. Supervisarán constantemente todas las partes de la estructura y mantendrán su estructura, capacidad de servicio y rendimiento. Si es necesario, se pueden enviar robots para solucionar problemas en la red de cables u otros componentes del ascensor desde el nivel del suelo hasta el frío vacío del espacio.

El ascensor espacial cambiará la industria espacial: las personas y la carga se pondrán en órbita a un costo significativamente menor que los vehículos de lanzamiento tradicionales. Más de 1.000 toneladas de material se pueden levantar en el vacío del espacio con un ascensor en un solo día, más que el peso de la Estación Espacial Internacional, que tardó más de una década en construirse a principios de siglo.

Tal ascenso, por supuesto, lleva bastante tiempo en comparación con los cohetes, pero ocurre de manera más suave, sin altas fuerzas G y sin el uso de explosivos. Al salir de la atmósfera y alcanzar la órbita terrestre baja, entre 160 y 2000 kilómetros, las naves con carga o pasajeros pueden entrar en su propia órbita alrededor de la Tierra. Además, pueden salir de la órbita geosíncrona (solo habrá que sumar velocidad) para escapar de la gravedad terrestre y seguir viajando más lejos, a lugares más lejanos, por ejemplo, a la Luna o Marte.

En las próximas décadas, más ascensores espaciales entrarán en funcionamiento más allá de la Tierra: en la Luna, Marte y quizás incluso en otros lugares. sistema solar. A medida que avanza la tecnología, el costo de los nanotubos disminuirá junto con los riesgos técnicos. Además, la construcción de ascensores será más cómoda gracias a la baja gravedad: 0,16 g en la Luna y 0,38 g en Marte.

A pesar de que la década de 2070 parece tan lejana y fuera del alcance de muchos, con los problemas existentes en la ciencia, depende de usted y de mí cómo será el futuro y qué tan rápido llegará.

Agradecemos a Mikhail Astakhov y al proyecto futurológico "The Future is Now" por preparar el artículo.

Muchas personas conocen la historia bíblica sobre cómo las personas se propusieron volverse como Dios y decidieron erigir una torre tan alta como el cielo. El Señor, enojado, hizo que todo el pueblo hablara en idiomas diferentes y la construcción se detuvo.

Cierto o no, es difícil decirlo, pero después de miles de años, la humanidad volvió a pensar en la posibilidad de construir una supertorre. Después de todo, si logras construir una estructura de decenas de miles de kilómetros de altura, ¡puedes reducir el costo de enviar mercancías al espacio casi mil veces! El espacio dejará de ser de una vez por todas algo lejano e inalcanzable.

querido espacio

Por primera vez, el gran científico ruso Konstantin Tsiolkovsky consideró el concepto de un ascensor espacial. Asumió que si construyes una torre de 40.000 kilómetros de altura, la fuerza centrífuga de nuestro planeta sostendrá toda la estructura, evitando que se caiga.

A primera vista, esta idea huele a manilovismo a un kilómetro de distancia, pero razonemos lógicamente. Hoy en día, la mayor parte del peso de los cohetes es combustible, que se gasta en vencer la gravedad terrestre. Por supuesto, esto también afecta el precio de lanzamiento. El costo de enviar un kilogramo de carga útil a la órbita terrestre es de unos 20.000 dólares.

Entonces, cuando los familiares les dan mermelada a los astronautas en la ISS, puede estar seguro de que este es el manjar más caro del mundo. ¡Incluso la Reina de Inglaterra no puede permitirse eso!

El lanzamiento de un transbordador le costó a la NASA entre 500 y 700 millones de dólares. Debido a problemas en la economía estadounidense, la dirección de la NASA se vio obligada a cerrar el programa de transbordadores espaciales y subcontratar la función de entrega de carga a la ISS a empresas privadas.

A los económicos se suman los problemas políticos. Debido a los desacuerdos sobre el tema de Ucrania, los países occidentales han impuesto una serie de sanciones y restricciones contra Rusia. Desafortunadamente, también mencionaron la cooperación en astronáutica. La NASA recibió una orden del gobierno de los EE. UU. para congelar todos proyectos conjuntos excepto la ISS. En respuesta, el viceprimer ministro Dmitry Rogozin dijo que Rusia no está interesada en participar en el proyecto ISS después de 2020 y tiene la intención de cambiar a otras metas y objetivos, como establecer una base científica permanente en la Luna y un vuelo tripulado a Marte.

Lo más probable es que Rusia haga esto junto con China, India y posiblemente Brasil. Cabe señalar que Rusia ya iba a completar el trabajo en el proyecto, y las sanciones occidentales simplemente aceleraron este proceso.

A pesar de planes tan grandiosos, todo puede quedar en papel si no se desarrolla una forma más eficiente y económica de entregar carga más allá de la atmósfera terrestre. ¡Se gastó un total de más de $ 100 mil millones en la construcción de la misma ISS! Cuántos "verdes" se requerirán para crear una estación en la luna, incluso da miedo imaginar.

Un ascensor espacial podría ser la solución perfecta al problema. Una vez que el elevador esté en funcionamiento, los costos de envío podrían bajar a dos dólares el kilo. Pero primero tienes que descifrar a fondo cómo construirlo.

Margen de seguridad

En 1959, el ingeniero de Leningrado Yury Nikolaevich Artsutanov desarrolló la primera versión funcional del ascensor espacial. Dado que es imposible construir un ascensor de abajo hacia arriba debido a la gravedad de nuestro planeta, sugirió hacer lo contrario: construir de arriba hacia abajo. Para ello, fue necesario lanzar un satélite especial a una órbita geoestacionaria (unos 36.000 kilómetros), donde debía tomar posición por encima de un punto determinado del ecuador terrestre. Luego comienza a ensamblar los cables en el satélite y bájalos gradualmente hacia la superficie del planeta. El propio satélite también desempeñó el papel de contrapeso, manteniendo constantemente los cables tensos.

El público en general pudo familiarizarse con esta idea en detalle cuando, en 1960, Komsomolskaya Pravda publicó una entrevista con Artsutanov. La entrevista también fue publicada por los medios occidentales, después de lo cual el mundo entero ya estaba sujeto a la "fiebre del ascensor". Los escritores de ciencia ficción eran especialmente entusiastas, dibujando imágenes del arcoíris del futuro, un atributo indispensable del cual era un ascensor espacial.

Todos los expertos que estudian la posibilidad de crear un ascensor coinciden en que el principal obstáculo para la implementación de este plan es la falta de un material suficientemente resistente para los cables. Según los cálculos, este hipotético material debería soportar un voltaje de 120 gigapascales, es decir, más de 100.000 kilogramos por metro cuadrado!

La resistencia del acero es de aproximadamente 2 gigapascales, para opciones especialmente fuertes, un máximo de 5 gigapascales, para fibra de cuarzo, un poco más de 20. Esto es simplemente monstruosamente pequeño. se levanta pregunta eterna: ¿qué hacer? Desarrollar la nanotecnología. El candidato más prometedor para un cable de ascensor podrían ser los nanotubos de carbono. Según los cálculos, su fuerza debería ser mucho mayor que el mínimo de 120 gigapascales.

Hasta ahora, la muestra más fuerte ha sido capaz de soportar 52 gigapascales de estrés, pero en la mayoría de los demás casos, se han desgarrado en el rango de 30 a 50 gigapascales. En el curso de largas investigaciones y experimentos, los especialistas de la Universidad del Sur de California lograron un resultado inaudito: ¡su tubo pudo soportar un voltaje de 98,9 gigapascales!

Desafortunadamente, este fue un éxito aislado, y hay otro problema importante con los nanotubos de carbono. Nicolas Punyo, científico de la Universidad Politécnica de Turín, llegó a una conclusión decepcionante. Resulta que incluso debido al desplazamiento de un átomo en la estructura de los tubos de carbono, la fuerza de un área determinada puede disminuir drásticamente en un 30 %. Y todo ello a pesar de que la muestra más larga de un nanotubo obtenida hasta el momento es de tan solo dos centímetros. Y si se tiene en cuenta que la longitud del cable debería ser de casi 40.000 kilómetros, la tarea parece sencillamente imposible.

Basura y tormentas

Otro problema muy grave está asociado a la basura espacial. Cuando la humanidad se instaló en una órbita cercana a la Tierra, emprendió una de sus actividades favoritas: obstruir el espacio circundante con los productos de su actividad vital. Al principio, realmente no nos importaba eso. “¡Después de todo, el espacio es infinito! - Nosotros discutimos. - Tira un trozo de papel e irá más allá, ¡navega por las extensiones del Universo!

Aquí es donde nos rendimos. Todos los escombros y restos de aviones están condenados para siempre a dar vueltas alrededor de la Tierra, capturados por su poderoso campo gravitatorio. No es necesario ser ingeniero para adivinar lo que sucederá si una de estas piezas de chatarra golpea un cable. Por lo tanto, miles de investigadores de todo el mundo se devanan los sesos sobre la eliminación del vertedero cercano a la Tierra.

Además, la situación con la base del ascensor en la superficie del planeta no está del todo clara. Inicialmente, se suponía que crearía una base estacionaria en el ecuador para garantizar el sincronismo con un satélite geoestacionario. Sin embargo, no se pueden evitar los efectos nocivos de los vientos huracanados y otros desastres naturales en el ascensor.

Entonces surgió la idea de fijar la base sobre una plataforma flotante, que pudiera realizar maniobras y “puentear” las tormentas. Pero en este caso, los operadores en órbita y la plataforma se verán obligados a realizar todos los movimientos con precisión quirúrgica y sincronismo absoluto, de lo contrario toda la estructura volará al infierno.

¡Mantener la cabeza en alto!

A pesar de todas las dificultades y obstáculos que se interponen en nuestro espinoso camino hacia las estrellas, no debemos colgar las narices y dejar este, sin duda, un proyecto único en un segundo plano. Un ascensor espacial no es un lujo, sino algo vital.

Sin él, la colonización del espacio cercano será extremadamente laboriosa, costosa y puede prolongarse durante muchos años. Hay, por supuesto, propuestas para desarrollar tecnologías antigravedad, pero esta es una perspectiva demasiado lejana y se necesita un ascensor en los próximos 20 a 30 años.

El elevador es necesario no solo para levantar y bajar cargas, sino también como "mega-eslinga". Con él, puede lanzar naves espaciales al espacio interplanetario sin gastar grandes cantidades de tan preciado combustible, que de otro modo podría usarse para acelerar la nave. De particular interés es la idea de utilizar un ascensor para limpiar la Tierra de residuos peligrosos.

Por ejemplo, el combustible nuclear gastado de las plantas de energía nuclear puede colocarse en cápsulas selladas y luego enviarse por fuego directo hacia el Sol, por lo que quemar tal moco es pan comido.

Pero, por extraño que parezca, la implementación de tal empresa es un asunto, más bien, no de economía o ciencia, sino de política. Necesitamos enfrentar la verdad: ningún país en el mundo podrá dominar de manera independiente tal proyecto grandioso. No hay forma de hacerlo sin la cooperación internacional.

En primer lugar, es importante la participación de Estados Unidos, la Unión Europea, China, Japón, India, Brasil y, por supuesto, Rusia. Así que, digan lo que digan, tendrán que sentarse a la mesa de negociaciones y fumar una pipa de paz. Por lo tanto, muchachos, vivamos juntos, ¡y todo saldrá bien para nosotros!

Adilet URAIMOV