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

La idea de un lanzamiento de carga sin misiles en órbita fue propuesta por la misma persona que fundó la cosmonáutica teórica: Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Inspirado por la Torre Eiffel vista en París, describió su visión de un ascensor espacial en forma de torre de enorme altura. Su parte superior estaría simplemente en órbita geocéntrica.

El elevador de torre se basa en materiales duros para resistir la compresión, pero las ideas modernas de elevadores espaciales aún consideran una versión con cables que deben ser resistentes a la tracción. 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 Clark lo popularizó en su obra "Fuentes del Paraíso".

Aunque los nanotubos se reconocen actualmente como el material más duradero, y el único adecuado para la construcción de un ascensor en forma de cable que tira de un satélite geoestacionario, la resistencia de los nanotubos obtenidos en el laboratorio aún no es suficiente para calcular.

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 era de 52 GPa y, en promedio, se rompían en el rango de 30-50 GPa. El elevador espacial requiere materiales con una resistencia de 65-120 GPa.

A fines del año pasado, DocNYC, el festival de documentales más grande de Estados Unidos, proyectó Sky Line, que muestra los esfuerzos de los ingenieros estadounidenses para construir un ascensor espacial, incluidos los concursantes del X-Prize de la NASA.

Los personajes principales de la película son Bradley Edwards y Michael Lane. Edwards es un astrofísico que ha estado trabajando en la idea de un ascensor espacial desde 1998. Lane es emprendedor y fundador de LiftPort, una empresa 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 un cable.

Edwards se asoció con LiftPort por un tiempo para buscar financiamiento para el proyecto del ascensor, pero debido a desacuerdos internos, el proyecto nunca se materializó. LiftPort cerró en 2007, aunque un año antes, como parte de la prueba de trabajo para algunas de sus tecnologías, demostró con éxito un robot trepando un cable vertical de una milla de largo suspendido de globos.

Que un 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 métodos más baratos para llevar la carga a la órbita, y se están desarrollando cohetes reutilizables 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 todo el mundo están desarrollando como hobby. No se logrará ningún progreso importante hasta que haya un apoyo real y una gobernanza centralizada ".

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 se compromete a presentar un ascensor espacial de trabajo para 2050. El director 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 de un ascensor espacial en Japón se debe a la necesidad de algún tipo de idea nacional que una a las personas en el contexto de la difícil situación económica de las últimas dos décadas.

Ishikawa confía en que, aunque es muy probable que una idea de esta magnitud sólo pueda realizarse mediante la cooperación internacional, Japón 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 número 9.085.897 por su versión del ascensor espacial el verano pasado. Más precisamente, el concepto prevé la construcción de una torre que conserva su rigidez gracias al gas comprimido.

Se supone que la torre entregará carga a una altitud de 20 km, desde donde ya se pondrá en órbita utilizando cohetes convencionales. Esta opción intermedia, según los cálculos de la compañía, permitirá ahorrar hasta un 30% de combustible, en comparación con un cohete.

Un viaje en un ascensor espacial probablemente se asemejará a un viaje en globo aerostático: sin el rugido de las boquillas, sin una columna de llamas furiosas. La Tierra cae suavemente. Las casas se hacen más pequeñas, los caminos se vuelven hilos apenas perceptibles, las cintas plateadas de los ríos se hacen más delgadas. Finalmente, el mundo inferior y vano se esconde en las nubes y el mundo superior trascendental se abre. Pasó por la atmósfera, detrás del vidrio - negrura cósmica. Y la cabina se desliza más y más alto a lo largo del cable, que es invisible contra el fondo azul verdoso del planeta y se adentra 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 Clarke la utilizó en la novela "Fuentes del Paraíso". "El mundo de la fantasía" vuelve al tema del ascensor espacial e intenta imaginar cómo debería funcionar y qué se necesita para ello.

Órbita geoestacionaria

¿Es posible que el satélite permanezca inmóvil sobre la cabeza del observador? Si la Tierra estuviera estacionaria, como en el sistema ptolemaico del mundo, la respuesta sería "no"; después de todo, sin la fuerza centrífuga, el satélite no permanecerá en órbita. Pero, como sabemos, el propio observador no está estacionario, sino que gira con el planeta. Si el período orbital del satélite es igual a días sidéreos (23 horas 56 minutos 4 segundos), y su órbita está en el plano ecuatorial, la nave espacial se desplazará sobre el llamado "punto estacionario".

La órbita en la que el satélite está estacionario con respecto al punto estacionario se llama geoestacionaria. Y es extremadamente importante para la exploración espacial. En él 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 "platos" estacionarios.

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 varios años más, a menudo solo es necesario repostar los micromotores que aseguran la orientación de los paneles solares y las antenas. La estación de maniobras podrá maniobrar a lo largo de la órbita geoestacionaria, descender (mientras que su velocidad angular será mayor que la de los satélites "de pie"), alcanzar el aparato que requiere mantenimiento y volver a subir. No necesitará más combustible del que consume una estación de órbita baja cuando supera la fricción contra una atmósfera enrarecida.

Parecería que los beneficios son enormes. Pero suministrar un puesto de avanzada tan remoto sería demasiado caro. Para cambiar la tripulación y enviar barcos de transporte se requerirán vehículos de lanzamiento cinco veces más pesados \u200b\u200bque los que se utilizan actualmente. Mucho más atractiva es la idea de utilizar una estación de gran altura para la construcción de 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 empujará hacia 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 aumentará de peso y se colgará verticalmente. El radio de rotación se reducirá y la fuerza centrífuga ya no podrá equilibrar la fuerza de gravedad. Si continúas grabando la cuerda, tarde o temprano llegará a la superficie del planeta.

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

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

El problema es el cable, que no debería romperse por su propio peso, a pesar de su fantástica longitud. Con una cuerda 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 una rotura 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 el experimento mental tendrá que ser interrumpido: más cerca del extremo superior, el cable alcanzará un grosor tal que simplemente no hay suficientes reservas de hierro en la corteza terrestre para él.

Incluso el polietileno más fuerte "Dyneema", del que se fabrican las armaduras corporales y las líneas de paracaídas, no encaja. Tiene una densidad baja, con una sección transversal de un milímetro cuadrado, puede soportar una carga de dos toneladas y se rompe por su propio peso solo en una longitud de 2500 kilómetros. Pero la cuerda dynimah debería tener una masa de unas 300.000 toneladas y un grosor de 10 metros en el extremo superior. Llevar tal carga a la órbita es casi imposible, y un ascensor solo se puede construir desde arriba.

Hope se inspira en los nanotubos de carbono descubiertos en 1991, teóricamente capaces de superar al Kevlar en 30 veces en resistencia (en la práctica, el cable de polietileno es aún más resistente). Si se confirman las estimaciones optimistas de su potencial, será posible producir una cinta de sección transversal continua de 36.000 km de largo, con un peso de 270 toneladas y una capacidad de carga de 10 toneladas. Y si se confirman al menos estimaciones pesimistas, un ascensor con un cable de 1 milímetro de espesor cerca de la Tierra y 25 centímetros en órbita (una masa de 900 toneladas excluyendo el contrapeso) ya no será una fantasía.

Ascensor

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 que pueda trepar por este cable y poner la carga en órbita. El método “terrenal”, cuando la cabina está sujeta 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 de forma independiente.

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

Hay una limitación más: el mecanismo no debería dañar el cable. Por desgracia, aunque el nanotejido es increíblemente resistente al desgarro, esto no significa que sea difícil de cortar o esmerilar. Reemplazar un cable roto será muy difícil. Y si estalla a gran altura, la fuerza centrífuga llevará la estación al espacio, arruinando todo el proyecto. Para mantener el centro de gravedad del sistema en órbita en caso de emergencia, será necesario colocar pequeñas minas a lo largo de toda la longitud del cable. Si una de las ramas se rompe, inmediatamente dispararán una parte igual de la opuesta.

Hay muchas otras tareas interesantes que resolver. Por ejemplo, la divergencia de ascensores que se mueven entre sí y el rescate de pasajeros de cabinas "atascadas".

El problema más difícil es la fuente de alimentación del ascensor. La energía requerida para el motor es bastante grande. La capacidad de las baterías, tanto existentes como en desarrollo, es insuficiente. El stock de combustible químico y oxidante convertirá el ascensor en un sistema de tanques y motores de varias etapas. Este maravilloso diseño, por cierto, tampoco necesita un cable costoso; existe ahora mismo y se llama "vehículo de lanzamiento".

La forma más sencilla es incorporar hilos de contacto en el cable. Pero el cable no soportará el peso del cableado metálico, lo que significa que será necesario "enseñar" a los nanotubos a conducir la corriente eléctrica. La energía autónoma en forma de paneles solares o una fuente de radioisótopos es bastante débil: según la estimación más optimista, el aumento con ellos llevará décadas. Un reactor nuclear que tenga una mejor relación masa / potencia hará que la cabina del piloto entre en órbita en años. Pero él mismo pesa demasiado y, además, necesitará dos o tres repostajes en el camino.

Quizás la mejor opción sea transferir energía utilizando un láser o una pistola de microondas que irradia el receptor del ascensor. Pero no está exento de defectos. Al 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 en un espacio sin aire.

Si el cable está dañado, será difícil llevar a los reparadores al área dañada. Y si termina, es demasiado tarde (imagen de Halo 3: ODST).

Protección de radiación

Una noticia desagradable para quienes deseen viajar livianos: el ascensor pasará por los cinturones de radiación de la Tierra. El campo magnético del planeta captura las 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 toros colosales, dentro de los cuales se concentran partículas cargadas. Incluso las naves espaciales intentan evitar estas áreas.

El primer cinturón, una trampa para protones, comienza a una altitud de 500-1300 kilómetros y termina a una altitud de 7000 kilómetros. Una zona relativamente segura se encuentra detrás de él a una altitud de 13.000 kilómetros. Pero aún más, entre 13 y 20 mil kilómetros, se frota el cinturón de radiación exterior de electrones de alta energía.

Las estaciones orbitales giran debajo de los cinturones de radiación. Las naves espaciales tripuladas los cruzaron solo durante las expediciones lunares, y solo pasaron unas pocas horas en él. Pero el levantamiento tomará aproximadamente un día para superar cada uno de los cinturones. Esto significa que la cabina deberá estar equipada con una seria protección anti-radiación.

Torre de amarre

La base de un ascensor espacial generalmente se considera un complejo de estructuras terrestres ubicadas en algún lugar de Ecuador, la jungla de Gabón o un atolón en Oceanía. Pero la solución más obvia no siempre es la mejor. Una vez fuera de órbita, el cable se puede conectar a la cubierta de un barco o en la parte superior de una torre colosal. Una embarcación que navega por el mar evitará los huracanes que, si no son capaces de interrumpir un elevador con una considerable resistencia al viento, desprenderán los elevadores.

Una torre de 12 a 15 kilómetros de altura protegerá el cable del alboroto de la atmósfera, además, reducirá algo su longitud. A primera vista, el beneficio parece insignificante, pero si el peso del cable depende exponencialmente de su longitud, incluso una pequeña ganancia le permitirá lograr ahorros significativos. Además, la torre del muelle permite duplicar aproximadamente la capacidad del sistema eliminando la sección más delgada y vulnerable del hilo.

Sin embargo, es posible erigir un edificio de tal altura solo en las páginas de las novelas de ciencia ficción. En teoría, dicha torre podría construirse con un material que tenga la dureza del diamante. Prácticamente ninguna base puede soportar su peso.

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

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

Y si no se balancea a una altitud 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 ubicadas una encima de la otra) descargará el cable del elevador, soportando su peso durante las últimas decenas de kilómetros.

Pero las ventajas más significativas vendrían dadas por una plataforma móvil en forma de aeronave a gran altitud que vuela sobre el ecuador a una velocidad de 360 \u200b\u200bkm / h (lo cual 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 su masa en 2,5 veces (teniendo en cuenta los beneficios del uso de la "torre de amarre"). Queda por resolver el problema de la entrega de mercancías al propio dirigible.

Catapulta de gravedad

El ascensor espacial es el proyecto más ambicioso, pero no el único, de utilizar cuerdas para lanzar naves espaciales. Algunas otras ideas ya se pueden implementar con el nivel actual de tecnología.

¿Qué pasará, por ejemplo, si una carga atada con un cable es empujada fuera de la lanzadera que flota en órbita "hacia arriba", lejos de la Tierra? De acuerdo con la ley de conservación del impulso, la propia nave espacial cambiará a una órbita más baja. Y empezará a caer. La carga, que arrastra la cuerda de desenrollado junto con ella, primero será desviada hacia atrás por la fuerza de Coriolis, pero luego se apresurará "hacia arriba". De hecho, con un aumento en el radio de rotación, la gravedad se debilitará y la fuerza centrífuga aumentará. El sistema funcionará como un trabuquete, una antigua máquina de lanzar. El papel de la jaula con piedras será asumido por la lanzadera, el cable se convertirá en una eslinga y el eje será el centro de masa general del sistema, que se encuentra en un estado de ingravidez en la órbita inicial de la nave. Al girar sobre el eje, el cable se endereza en dirección vertical, se estira y arroja la carga.

La diferencia entre una catapulta gravitacional y un elevador espacial es que el papel de la "jaula" en el elevador lo desempeña el planeta mismo, "cayendo" a una altura indistintamente baja con respecto al centro de masa del sistema "Tierra-proyectil". En este caso, se gastará la energía cinética de la lanzadera. La nave espacial 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. Esto también es bueno, ya que normalmente la lanzadera tiene que frenar con motores para desorbitar, quemando combustible.

Con la ayuda de una catapulta de cable, el transbordador podrá enviar a Marte o Venus 2-3 veces más carga que la ruta tradicional. Lo que, 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 "catapulta", será necesario poner en órbita no sólo 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, un barco de transporte que haya completado su misión servirá. Además, una masa de "desechos espaciales" gira alrededor de nuestro planeta, que habrá que recoger en un futuro previsible.

* * *

Los problemas asociados con la construcción del ascensor espacial están lejos de resolverse. Una alternativa rentable a los cohetes y lanzaderas no llegará pronto. Pero por el momento, la "escalera al vacío" es el proyecto más fantástico y a gran escala en el que está trabajando la ciencia. Incluso si la estructura, cuya longitud es una docena de veces el diámetro del planeta, resulta ser ineficaz, marcará el comienzo de una nueva etapa en la historia humana. 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 agitando las mentes de la humanidad durante muchos años, desde el momento en que en 1895 el científico ruso Konstantin Tsiolkovsky fue el primero en formular el concepto y el concepto. Inspirado por 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 en 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.

A mediados y finales del siglo XX aparecieron propuestas más detalladas, desde el inicio de la carrera espacial, y en un momento en que los vuelos tripulados a la órbita de la Tierra se estaban volviendo cada vez más comunes. Se esperaba que un ascensor espacial pudiera reducir drásticamente el costo de entrar en la órbita de la Tierra, revolucionando el acceso al espacio cercano a la Tierra, la Luna, Marte y más allá. Sin embargo, la inversión inicial y el nivel de tecnología requerido dejaron en claro que tal proyecto no era práctico y le dio un lugar en el campo de la ciencia ficción.

En las primeras décadas del siglo XXI, el concepto comenzó a abordarse con mayor seriedad, ya que las tecnologías de software ya estaban desarrolladas. 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 suficientemente alta y, al mismo tiempo, una baja densidad requerida para crear un cable de ascensor espacial.

La limitación es diferente: mientras que los nanotubos de carbono se producen en pequeños volúmenes. No es suficiente para un solo cable. En 2004, la longitud récord de un nanotubo de pared simple era de solo 0,4 centímetros; en 2006, los científicos pudieron alargar el nanoproducto a 7 milímetros. En 2008, los científicos pudieron tejer una "alfombra" de nanotubos, cuya longitud alcanzó los 185 centímetros y el ancho - 92 cm. Sin embargo, desde entonces no ha habido nuevos avances en esta industria. Esta tecnología es muy prometedora, pero se necesitan más investigaciones para mejorar el proceso de fabricación.

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

Si nos basamos en los principios de la futurología, usamos los métodos de extrapolación de datos, asumimos que la dinámica global de la financiación de las actividades científicas seguirá siendo la misma, tenemos en cuenta los componentes políticos, económicos y sociales, entonces podemos predecir con bastante precisión los descubrimientos científicos, el tiempo aproximado de creación de un prototipo, la introducción de tecnologías en masa. producción y el inicio del uso por parte de la sociedad de productos basados \u200b\u200ben ellos. Por ejemplo, la ley de Moore ha estado funcionando en electrónica durante más de 40 años.

Los futurólogos confirman, basándose en hechos, trabajos científicos y tendencias, que se necesitarán varias décadas de investigación para desarrollar nuevos procesos para la síntesis de nanotubos de carbono. Un descubrimiento similar 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 con alta resistencia (cientos de veces más fuertes que el acero y decenas de Kevlar). Además de muchas otras aplicaciones, estará disponible la tecnología de ascensores espaciales. Imaginemos que se alcanza la fuerza requerida de 130 gigapascales, ¿entonces qué? Sigue habiendo problemas de diseño. Por ejemplo, ¿necesita decidir cómo neutralizar las vibraciones peligrosas en el cable causadas por la atracción gravitacional de la Luna y el Sol, junto con la presión que surge de las ráfagas de viento solar?

También deben superarse las principales dificultades legales y financieras. Se requieren nuevos acuerdos internacionales sobre seguridad de vuelo, seguridad de la aviación y compensación en caso de accidente o incidente terrorista. El funcionamiento del mecanismo de seguros es de particular interés dado el potencial de desastre si algo sale mal. Mientras tanto, se construirán instalaciones experimentales más pequeñas para demostrar los conceptos básicos en altitudes más bajas. Esto finalmente allanará el camino para estructuras mucho más grandes que

A finales de la década de 2070, después de 15 años de construcción activa, el ascensor espacial que se extiende desde la superficie de la Tierra hasta la órbita geoestacionaria estará en pleno funcionamiento. El proceso de construcción incluirá la colocación de naves espaciales en una posición fija a una altitud de 35.786 kilómetros sobre el ecuador, luego se desviará hacia abajo expandiéndose gradualmente hacia la Tierra. También se depositará desde este punto, a una altitud de más de 47 mil kilómetros, donde los objetos no estarán sujetos a la fuerza de gravedad de la Tierra. Habrá un gran contrapeso en el extremo exterior del cable para mantener el cable tenso. La Guayana Francesa, África Central, Sri Lanka o Indonesia probablemente serán el "punto de referencia" y la ubicación de la estación terrestre del ascensor espacial.

Al igual que con la mayoría de los modos de transporte e infraestructura de finales del siglo XXI, el ascensor espacial será impulsado por sistemas y programas. Ellos monitorearán constantemente todas las partes de la estructura de manera integral y mantendrán su estructura, capacidad de servicio y desempeño. Si es necesario, se pueden enviar robots para eliminar problemas en la red de cables u otros componentes del ascensor desde el nivel del suelo hasta el vacío frío del espacio.

El ascensor espacial transformará la industria espacial: las personas y la carga se transportarán a la órbita a un costo significativamente menor en comparación con los vehículos de lanzamiento tradicionales. Se pueden elevar más de 1,000 toneladas de material a un espacio sin aire usando un elevador en un día, más que el peso de la Estación Espacial Internacional, que tardó más de una década en construirse a principios de siglo.

Tal aumento, por supuesto, lleva bastante tiempo en comparación con los cohetes, pero se produce de forma 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, los barcos con carga o pasajeros pueden ingresar a su propia órbita alrededor de la Tierra. Además, pueden salir de la órbita geosincrónica (solo será necesario agregar velocidad) para escapar de la gravedad terrestre y continuar su viaje más lejos, a lugares más distantes, por ejemplo, a la Luna o Marte.

En las próximas décadas, los elevadores espaciales adicionales funcionarán fuera de la Tierra: en la Luna, Marte y posiblemente incluso en otras partes del sistema solar. Con el desarrollo de la tecnología, el costo de los nanotubos disminuirá junto con los riesgos técnicos. Además, la construcción de ascensores será más conveniente debido 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 e inalcanzable para muchos, dados los problemas existentes en la ciencia, depende de usted y de mí cuál será el futuro y qué tan rápido llegará.

Nos gustaría agradecer a Mikhail Astakhov y al proyecto futurológico "The Future Now" por preparar este artículo.

Mucha gente conoce la historia bíblica de cómo la gente se propuso llegar a ser como Dios y decidió erigir una torre hasta el cielo. El Señor, enojado, hizo que todas las personas comenzaran a hablar en diferentes idiomas y la construcción se detuvo.

Cierto o no, es difícil de decir, pero después de miles de años, la humanidad volvió a pensar en la posibilidad de construir una supertorre. Después de todo, si es posible construir una estructura de decenas de miles de kilómetros de altura, ¡será posible reducir el costo de llevar la carga al espacio en 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 ascensor espacial. Supuso que si construyes una torre de 40.000 kilómetros de altura, entonces la fuerza centrífuga de nuestro planeta sostendrá toda la estructura y no permitirá que se caiga.

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

Entonces, cuando los familiares le pasan el atasco a los astronautas en la ISS, puede estar seguro de que este es el manjar más caro del mundo. ¡Incluso una reina inglesa no puede permitirse esto!

El lanzamiento de un solo transbordador costó a la NASA entre $ 500 y $ 700 millones. Debido a problemas en la economía estadounidense, el liderazgo de la NASA se vio obligado a cerrar el programa del transbordador espacial y subcontratar la función de entregar carga a la ISS a empresas privadas.

Los problemas políticos se suman a los problemas económicos. Debido a los desacuerdos sobre el tema de Ucrania, los países occidentales han impuesto una serie de sanciones y restricciones contra Rusia. Desafortunadamente, también tocaron la cooperación en astronáutica. La NASA recibió una orden del gobierno de Estados Unidos para congelar todos los proyectos conjuntos, con la excepción de 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 otros objetivos y tareas, 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: Rusia ya iba a completar el trabajo en el proyecto, y las sanciones occidentales simplemente aceleraron este proceso.

A pesar de planes tan ambiciosos, todo puede quedar en el papel si no se desarrolla una forma más eficiente y barata de entregar bienes fuera de la atmósfera terrestre. ¡Se gastó un total de más de $ 100 mil millones en la construcción de la misma ISS! La cantidad de “verdes” que se necesitarán para crear una estación en la luna es incluso aterrador de imaginar.

Un ascensor espacial podría ser la solución perfecta al problema. Una vez que el elevador está en funcionamiento, los costos de envío pueden bajar a dos dólares por kilogramo. Pero primero tienes que romperte la cabeza a fondo sobre cómo construirlo.

Margen de seguridad

En 1959, el ingeniero de Leningrado Yuri 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 a abajo. Para ello, se tuvo que lanzar un satélite especial a la órbita geoestacionaria (unos 36.000 kilómetros), donde tuvo que tomar una posición por encima de cierto punto en el ecuador de la Tierra. Luego comience a ensamblar los cables en el satélite y bájelos gradualmente hacia la superficie del planeta. El propio satélite también desempeñaba el papel de contrapeso, manteniendo constantemente tensos los cables.

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 pasó por la "fiebre del ascensor". Los escritores de ciencia ficción eran especialmente entusiastas y pintaban imágenes de arco iris del futuro, un atributo indispensable del cual era el ascensor espacial.

Todos los expertos que estudian la posibilidad de crear un ascensor coinciden en que el principal obstáculo para la implementación de esta idea es la falta de un material suficientemente resistente para los cables. Según los cálculos, este material hipotético 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 versiones especialmente fuertes, un máximo de 5 gigapascales, para fibra de cuarzo, ligeramente por encima de 20. Esto es simplemente monstruosamente pequeño. Surge la eterna pregunta: ¿qué hacer? Desarrollar la nanotecnología. El candidato más prometedor para el papel de un cable para un ascensor podrían ser los nanotubos de carbono. Según los cálculos, su fuerza debería ser mucho mayor que el mínimo de 120 gigapascales.

Por el momento, la muestra más duradera pudo soportar una tensión de 52 gigapascales, pero en la mayoría de los otros casos estallaron en el rango de 30 a 50 gigapascales. En el curso de una larga investigación y experimentos, los especialistas de la Universidad del Sur de California lograron un resultado inaudito: ¡su tubo fue capaz de soportar un voltaje de 98,9 gigapascales!

Desafortunadamente, este fue un éxito único y hay otro problema importante con los nanotubos de carbono. Nicolas Pugno, 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 resistencia de un área determinada puede disminuir drásticamente en un 30%. Y todo esto a pesar del hecho de que la muestra de nanotubos más larga obtenida hasta ahora es de solo dos centímetros. Y si se tiene en cuenta que la longitud del cable debería ser de casi 40.000 kilómetros, la tarea parece simplemente imposible.

Basura y tormentas

Otro problema muy grave está relacionado con los desechos espaciales. Cuando la humanidad se instaló en una órbita cercana a la Tierra, emprendió una de sus actividades favoritas: ensuciar el espacio circundante con los productos de su actividad vital. Al principio, de alguna manera no estábamos particularmente preocupados por esto. “¡Después de todo, el espacio es infinito! - razonamos. - ¡Tira un trozo de papel y ella irá más lejos, surfeará la inmensidad del Universo! "

Fue entonces cuando nos dimos por vencidos. Todos los escombros y restos de aviones están condenados a dar vueltas alrededor de la Tierra para siempre, capturados por su poderoso campo gravitacional. No es necesario ser ingeniero para averiguar qué sucede si uno de estos pedazos de basura golpea el cable. Por lo tanto, miles de investigadores de todo el mundo se están devanando la cabeza por la cuestión de eliminar el 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 planeó crear una base estacionaria en el ecuador para asegurar la sincronización con un satélite geoestacionario. Sin embargo, entonces es imposible evitar el efecto perjudicial de los vientos huracanados y otros desastres naturales en el ascensor.

Luego surgió la idea de fijar la base en una plataforma flotante, que pudiera hacer maniobras y "evitar" tormentas. Pero en este caso, los operadores en órbita y la plataforma se verán obligados a realizar todos los movimientos con precisión quirúrgica y sincronización absoluta, de lo contrario toda la estructura se irá al infierno.

¡Mantener la cabeza en alto!

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

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

Un elevador es necesario no solo para levantar y bajar cargas, sino también como "mega-eslinga". Con su ayuda, es posible lanzar naves espaciales al espacio interplanetario sin gastar grandes cantidades de combustible tan preciado, 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 desechos peligrosos.

Por ejemplo, el combustible nuclear gastado de una planta de energía nuclear puede colocarse en cápsulas selladas y luego enviarse directamente hacia el Sol, para lo cual es muy fácil quemar un moco así.

Pero, curiosamente, la implementación de tal empresa es, más bien, una cuestión no de economía o ciencia, sino de política. Tenemos que afrontar la verdad: ningún país del mundo puede dominar de forma independiente un proyecto tan grandioso. La cooperación internacional es indispensable.

En primer lugar, es importante la participación de Estados Unidos, la Unión Europea, China, Japón, India, Brasil y, por supuesto, Rusia. Entonces, digan lo que digan, habrá que sentarse a la mesa de negociaciones y fumar una pipa de la paz. Por lo tanto, muchachos, vivamos juntos y lo lograremos.

Adilet URAIMOV