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CIENCIA. En qué consiste un Ascensor Espacial


Aunque la idea de un ascensor espacial es algo difícil de imaginar, es imposible decir qué traerá el futuro lejano. Después de todo, muchos tipos de transporte que utilizamos hoy alguna vez parecían  conceptos locos , y el ascensor espacial puede ser más factible que el EmDriveun tipo de motor que podría impulsar una nave espacial sin combustible. Y, por supuesto, la recompensa, si fuera a funcionar, sería enorme.
Echemos un vistazo a 15 hechos sobre el concepto del ascensor espacial para ver por qué algunas personas creen que vale la pena explorar esta tecnología. 

1. La idea del ascensor espacial se inspiró originalmente en la Torre Eiffel

La idea original para el ascensor espacial vino del científico y pionero espacial ruso Konstantin Tsiolkovsky en 1895. Inspirado por la Torre Eiffel en París, Tsiolkovsky soñó la noción de un  cable en forma de huso con un "castillo celestial" al final, sostenido en una órbita geosíncrona a una  altitud de 35.786 kilómetros.

Konstantin Tsiolkovsky ca. 1930,  Fuente: Wikimedia Commons


2. Un elevador espacial usaría la rotación de la Tierra para impulsar objetos a la órbita geoestacionaria

La hipótesis de Tsiolkovsky para un ascensor espacial afirmaba que los objetos solo necesitarían suficiente energía para subir el ascensor. La rotación de la Tierra, esencialmente, proporcionaría aceleración horizontal libre al objeto que viajase por la torre. Una vez liberada en la parte superior de la torre, la carga útil, o nave, tendría suficiente velocidad horizontal para permanecer en órbita geoestacionaria sin caer de nuevo a la Tierra. Aunque el diseño de Tsiolkovsky era una estructura de compresión, con su peso soportado desde abajo, la mayoría de los otros conceptos se han centrado en estructuras de tracción, con el peso sostenido desde arriba (elevador espacial en movimiento).

3. En teoría, podría hacer que los viajes espaciales sean mucho más baratos al reducir nuestra dependencia del combustible para cohetes 

Una cosa que muchas personas no tienen en cuenta cuando se trata de cohetes es la cantidad de combustible que queman, tanto en el lanzamiento como en órbita. Esto se debe a que necesitan recoger suficiente velocidad horizontal para superar la velocidad a la que están cayendo, para que puedan permanecer en órbita geoestacionaria. 

El lanzamiento de JCSAT-14, Fuente: SpaceX / Flickr


Esto es una gran parte de lo que hace que los viajes espaciales sean tan prohibitivos, a pesar del increíble trabajo de SpaceXAunque construir un elevador espacial costaría miles de millones, en teoría, esto le devolvería el ahorro después de transportar solo unas pocas cargas útiles.

El transporte de cargas útiles con cohetes convencionales cuesta alrededor de $ 25.000 por  kilogramo para la transferencia a la órbita geoestacionaria, con un gran porcentaje de esto destinado al combustible de cohetes. Algunas propuestas de elevadores espaciales prevén precios tan bajos como $ 220 por kilogramo.

4. Un ascensor espacial tendría cuatro componentes principales.

Un elevador espacial tendría cuatro partes principales: correa (o cable), contrapeso, escalador y ancla. El ingeniero ruso  Yuri N. Artsutanov ideó una idea para el contrapeso  en 1959.  Artsutanov sugirió utilizar un satélite geoestacionario   como base orbital desde la cual desplegar la estructura del elevador. El contrapeso se extendería lejos de la Tierra, permitiendo que la parte superior de la estructura permanezca siempre en la misma ubicación sobre la Tierra.

Fuente: Skyway / Wikimedia Commons

5. Las ataduras espaciales se han utilizado en misiones espaciales reales.

Se han utilizado varias ataduras espaciales, aunque de longitud limitada, en misiones reales, lo que demuestra que esta parte del concepto de ascensor espacial, al menos, es factible. Un ejemplo es el  Tethered Satellite System-1 (TSS-1)  que fue desplegado por la NASA y  la Agencia Espacial Italiana (ASI) en 1992  para verificar el concepto de la estabilización del gradiente de gravedad.
Representación artística de TSS-1, Fuente: NASA / Wikimedia Commons

6. La investigación preliminar del concepto mostró que ningún material conocido es lo suficientemente fuerte como para soportar la presión estructural requerida

Aunque la idea del ascensor espacial es fascinante en teoría, hay, por supuesto, muchos problemas y obstáculos tecnológicos que superar. En 1966, cuatro ingenieros estadounidenses llamados Isaacs, Vine, Bradner y Bachus reinventaron el concepto, llamándolo "Sky-Hook". Al tratar de determinar qué tipo de material se necesitaría para construir un elevador espacial, suponiendo que se haría con un cable recto sin variaciones en su área de sección transversal, descubrieron que la  resistencia  requerida sería el doble que la de cualquier material entonces existente. Los materiales que evaluaron los cuatro ingenieros incluyeron  grafito,  cuarzo y  diamante. 

7. Los nanotubos de carbono se han sugerido como un material lo suficientemente fuerte como para un ascensor espacial.

Después del desarrollo de los nanotubos de carbono en la década de 1990, el ingeniero de la NASA David Smitherman pensó que la inmensa resistencia del material podría hacer factibles los ascensores espaciales. Organizó un taller en el  Marshall Space Flight Center, donde invitó a científicos e ingenieros a discutir ideas y trabajar para hacer realidad el concepto.
Fuente: Wikimedia Commons

8. El científico estadounidense Bradley C. Edwards amplió el concepto en 2000

En 2000, el científico estadounidense  Bradley C. Edwards sugirió crear una cinta delgada de papel de 100.000 km de largo, utilizando un material compuesto de nanotubos de carbono. Esto, argumentó, sería más resistente contra posibles impactos de asteroides. Con el apoyo del  Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA, Edwards también ideó ideas para el despliegue de elevadores espaciales, diseños de escaladores, un sistema de anclaje y evitar los desechos orbitales. También sugirió que la estación de anclaje del elevador espacial se coloque en el Pacífico ecuatorial occidental para evitar huracanes y rayos.
Fuente: Liftport / Wikimedia Commons

9. La Asociación de Elevadores Espaciales de Japón estimó que se podría construir un elevador espacial por $ 8 mil millones

En 2008,  Shuichi Ono, presidente de la Asociación de Elevadores Espaciales de Japón, dio a conocer un plan de elevadores espaciales en el que estimó un costo de alrededor de un billón de yenes ($ 8 mil millones) para construir un elevador espacial. Muchos observadores dijeron que esta era una estimación extremadamente baja.

10. Una organización estimó que tendremos la tecnología requerida para un ascensor espacial dentro de 20 años

En 2013, la  Academia Internacional de Astronáutica concluyó un estudio de cuatro años y publicó sus hallazgos sobre la viabilidad tecnológica de los ascensores espaciales.
La organización concluyó que la mejora de la capacidad crítica necesaria era para el material de sujeción. El estudio proyectó que los avances tecnológicos humanos nos verían alcanzar la  resistencia material específica necesaria  dentro de 20 años.

11. La Universidad de Shizuoka de Japón lanzó un mini experimento de ascensor espacial en 2018

En 2018, los investigadores de la Universidad Shizuoka de Japón lanzaron el experimento del elevador espacial STARS-Me, en el que lanzaron dos CubeSats, conectados por una correa, al espacio. Como parte del experimento, uno de los CubeSats tenía un mini elevador a bordo que viajaba de un CubeSat a otro a través de la correa. El experimento fue diseñado como una prueba para proporcionar información para desarrollar una estructura más grande.
Representación artística de TSR-S, uno de los experimentos STARS-Me del elevador CubeSat, Fuente:  Universidad de Shizuoka

12. En 2019 se publicó un estudio llamado 'Road to the Space Elevator Era'.

En 2019, la  Academia Internacional de Astronáutica  publicó Road to the Space Elevator Era,  un estudio compilado con la ayuda de un gran grupo de profesionales del espacio. El estudio llegó a la conclusión de que los ascensores espaciales parecían factibles.
No solo esto, sino que los expertos también concluyeron que el desarrollo del ascensor espacial podría estar mucho más cerca de lo que pensamos, en gran parte debido a los posibles desarrollos en la fabricación de grafeno monocristalino a escala macro, un material con mayor resistencia que la mayoría de los nanotubos. 

13. Las alternativas incluyen un concepto de tren maglev y un elevador conectado a la Luna

Hay dos alternativas al elevador espacial que son esencialmente variaciones del concepto original. Uno de ellos es StarTram, un concepto (imagen a continuación) para un elevador espacial que dispararía cohetes en órbita a través de una vía ferroviaria maglev de alta velocidad. La otra alternativa, que fue propuesta en 2019 por los  astrofísicos Zephyr Penoyre, de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, y Emily Sandford de la Universidad de Columbia en Nueva York, vería una correa colgada de la Luna, lo que permitiría que los objetos se enviasen al espacio mediante una especie de "tirachinas".
Una imagen conceptual para StarTram, Fuente: Wikimedia Commons

14. Sería más fácil construir un ascensor espacial en Marte

Aunque gira alrededor de su eje casi al mismo tiempo que la Tierra, la gravedad de la superficie de Marte es solo el 38% de la de la Tierra. Debido a esto, la órbita estacionaria del planeta rojo está mucho más cerca de su superficie que la de la Tierra. Por lo tanto, un ascensor espacial en una futura colonia de Marte podría ser mucho más corto. Los materiales existentes ya son lo suficientemente fuertes como para hacer tal ascensor.

15. Los elevadores espaciales también podrían ayudar a impulsar a los humanos al espacio profundo

Un objeto conectado a un elevador espacial en un radio de aproximadamente 53.100 km ya estaría a la  velocidad de escape  cuando se liberara de su correa. En otras palabras, tendría la velocidad suficiente para escapar de la gravedad de la Tierra. Una honda gravitacional alrededor de Júpiter podría permitir que una nave recoja la velocidad suficiente para viajar más lejos en el espacio. Por lo tanto, un ascensor espacial podría permitirnos explorar el cosmos como nunca antes.
Concepto artístico de un ascensor espacial, Fuente: NASA / Wikimedia Commons
En el libro,  Leaving the Planet de Space Elevator , el coautor Philip Ragan afirma que "el primer país en desplegar un ascensor espacial tendrá una ventaja de costo del 95% y podría controlar todas las actividades espaciales". 
Tan locura como parece, algún día podríamos estar usando estructuras tan gigantescas para lanzar cargas útiles y naves espaciales a la órbita y tal vez incluso al espacio profundo, y esto podría suceder antes de lo que pensamos.


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