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30 enero 2010

El ascensor espacial (II)

He de reconocer que, como la mayoría de la gente, me enteré de esta idea a través de la obra del genial Arthur C. Clarke y su novela “Las Fuentes del Paraiso” (1979). Algo después, rebuscando por la red, supe que la idea original pertenecía al físico ruso Konstantin Tsiolkovsky un auténtico genio visionario con un talento sólo comparable a personajes de la talla de Julio Verne. El concepto de ascensor espacial es simple, consiste en la colocación en órbita geosincrónica a 35.790 km de la Tierra, de un masa importante (un asteroide, una estación orbital o incluso una prolongación del propio ascensor) de la que pende un cable hasta la superficie de la Tierra. A través de este cable podría ascender un vehículo o una cabina. Se trata de la forma más económica, segura y eficaz de elevar grandes cargas al espacio, además constituye una excelente plataforma de lanzamiento de satélites a otras órbitas o trayectorias pues no hay que olvidar que el propio ascensor posee una velocidad de rotación importante que ahorraría gran parte del impulso necesario. Clarke y Tsiolkovsky lo consideraban un paso inevitable por su extrema lógica.
La primera pega de este concepto es que quizás sería más adecuado denominarlo “teleférico espacial” puesto que no funcionaria con un sistema de contrapesos y polea como los ascensores auténticos sino con una cabina que se desliza a través de una cable. Si bien su belleza radica en la sencillez de los principios físicos implicados, sí es preciso entender éstos adecuadamente.

El primero de ellos es el de órbita geosincrónica. Viendo a los astronautas en sus naves haciendo graciosas cabriolas en ingravidez, yo solía pensar que colocar un objeto en órbita era poco menos que llevarlo arriba, muy arriba, al espacio donde la gravedad no lo afectara y ponerlo a dar vueltas al planeta. Poco después supe que efectivamente los astronautas son concienzudamente entrenados para dar esas "graciosas piruetas" y que sólo aquellos capaces de ejecutarlas con singular gracia, la denominada “gracia celestial”, son finalmente seleccionados para la misión. También descubrí que un objeto en órbita es aquel que describe una trayectoria alrededor de un planeta a una velocidad tal que la fuerza centrifuga contrarresta exactamente la atracción gravitatoria a esa altura (velocidad orbital), por eso los astronautas flotan (precedidos por su necessers...). Por si se lo plantean, teóricamente es posible colocar un satelite en órbita a ras del suelo, sólo que para compensar la gravedad a esa altura su velocidad debería ser enorme. En la práctica esto es totalmente imposible, pues los astronautas perderían rápidamente todos los puntos del carné y los depósitos municipales almacenarían ingentes cantidades de naves espaciales, tal es la entrega de nuestros cuerpos de orden en estos días de crisis. Sin embargo sí hemos colocado muchos objetos “casi” a ras del suelo, en las denominadas órbitas bajas a unos 300 km de altura. Es el caso de la Estación Espacial Internacional, a sólo 360 km de altura por encima de nuestras cabezas precisa una velocidad de 27.743 km/h. Debido a diversas perturbaciones orbitales, la nave se va frenando y pierde cada día unos 80 metros de altura, que periódicamente deben ser recuperados encendiendo los motores.
Si lo piensan 360 km es muy cerca, algo así como la distancia de Murcia a Madrid que en coche hacemos tranquilamente en unas tres horas, es decir si nuestro coche en lugar de coger la autovia ascenderia en vertical a idéntica velocidad llegaríamos a la EEI en tres horitas de nada. El caso es que conforme buscamos órbitas más altas, la atracción gravitatoria disminuye y las velocidades orbitales requeridas son menores. Y como muchos estarán imaginando debe existir una altura a la que la velocidad orbital coincida con la velocidad de rotación de la Tierra. Esta altitud corresponde a los 35.786 km, (esto si es alto). De manera que un objeto situado en esa órbita tarda 24 h en dar una vuelta al planeta y si lo hace a siguiendo el ecuador parecerá estático desde la superficie de la Tierra. Esa órbita es conocida como órbita geosincrónica. Existen también órbitas geosíncronas elípticas y otras que no necesariamente pasan por el ecuador, pero el caso es que las órbitas geosincronas circulares ecuatoriales se llaman orbitas geoestacionarias, o órbita de Clarke. Curiosamente Arthur C. Clarke popularizo las órbitas geoestaconarias y los ascensores espaciales. Pues bien justo en ella debe situarse la primera parte del ascensor espacial, en este caso el contrapeso. Se ha propuesto que el contrapeso podría ser una estación espacial, o incluso un pequeño asteroide capturado al efecto.

El segundo concepto es de de tensión. Un cable cable de casi 36.000 km por muy fino que sea, supone un gran peso, millones de toneladas. Al mismo tiempo la fuerza centrífuga del contrapeso ejerce un empuje en sentido opuesto al de la gravedad y al menos de igual magnitud. La suma de ambos componentes genera una gran tensión para cualquier porción del cable situada entre ambos, aunque la magnitud de la misma será variable durante el recorrido. Hasta hace unos años, éste era el mayor obstáculo p
ara su construcción, encontrar un cable que no colapsara bajo su propio peso y que soportara tensiones de hasta e unos 380 GPa (1 gigapascal son mil millones de pascales, es decir, mil millones de newtons por metro cuadrado). Ni el acero, ni el kevlar son lo suficientemente resistentes. Se pensaba que serían precisas varias décadas para encontrar un material con tales propiedades, pero he aquí que en 1991, el japonés Sumio Iijima publicaba un artículo en la prestigiosa revista Nature titulado "Helical microtubules of graphit carbon". Allí describía las propiedades de una de las cinco formas alotrópicas del carbono, más conocida como “nanotubo”. Estos nanotubos podrían soportar la tensión y el sueño se hizo nuevamente posible. Aunque todavía no sabemos como diseñar una máquina capaza de ser puesta en órbita y fabricar 100.000 km de cable de nanotubos de carbono (dita sea...!).

Suministro de energía: una de las ventajas del concepto de ascensor espacial es que la nave, cabina o lo que finalmente sea que suba por el cable no necesita transportar enormes cantidades de combustible explosivo o de ningún tipo, ya que podría suministrársele de varias formas desde tierra. Es una de las cuestiones fundamentales a resolver pues es una tecnología a desarrollar por completo. Se han propuesto ideas de los más variopintas para este respecto, desde transmitir energía mecánicamente a traves de sacudidas en el propio cable en tensión, micro-ondas, láseres apuntando a paneles solares, ondas magnéticas como las de algunos trenes bala. Un impulso fundamental para la selección de esta tecnología lo supuso el Space Elevator Price un concurso dotado con un premio de 900.000 dólares para el primer equipo que consiguiera diseñar un elevador capaz de subir por un cable de 900 metros una carga de 11 kg. Tras una primera convocatoria fallida, el 6 de noviembre de 2009 la empresa LaserMotive se adjudicó este premio. Gracias a este ejemplo ya nadie alega este particular como un grave obstáculo para la construcción del ascensor.


El paso final es colocar una cabina, un vehículo o lo que se desee, que porte el mecanismo capaz de ascender por el cable. Una de las grandes ventajas de este sistema es que la velocidad no importa demasiado, transportar pesadas cargas al espacio no es cuestión de velocidad sino de conseguir un coste reducido. Más velocidad significa más energia y más energia más consumo. En el caso de humanos puede plantearse como una paseo de unos días, a la velocidad de los trenes bala actuales, unos 300 km/h, algo perfectamente posible conforme va disminuyendo la atracción gravitaroria, el viaje puede durar unos cinco días. Se ha pensado que el transporte de viajeros se realice en cómodos alojamientos, a estilo de hoteles que contengan las distracciones necesarias. Los pasajeros no sufriran grandes aceleraciones ni sobresaltos, no será necesaria una selección de los más dotados de la “gracia celestial”.



Las perspectivas actuales son buenas, hay no menos de cinco empresas dedicadas enteramente a su construcción, se celebran congresos científicos sobre el tema, las principales agencias espaciales del mundo (NASA, ESA, Japón) están destinando millones de dólares a su desarrollo. Cuentan que en una conferencia se le preguntó a A.C. Clarke qué fecha estimaba probable para su construcción, después de pensarlo un poco respondió “cincuenta años después de que todo el mundo deje de reirse...”. Pues bien ya nadie se ríe, pero es posible que hayan de transcurrir cincuenta años. Liftportgroup una empresa privada, ha anunciado que su primer ascensor espacial estará construido para octubre de 2031. Se trataría de un modelo básíco, para cargas no muy pesadas pero completamente funcional. El coste estimado de la construcción es de 10.000-20.000 millones de dólares, ¿mucho? En realidad no, es más barato que el proyecto de transbordador espacial, es del orden del precio de creación de nuevos cohetes, es mucho menos de lo que sólo en España se ha prestado a los bancos para superar la crisis, y por primera vez, es un cose recuperable por explotación. Lo que es seguro es que a raíz del primero en funcionamiento, la revolución será imparable, no existe competencia posible para los precios de puesta en órbita de artilugios. Construyendo en órbita por módulos de una manera económica, no existirán las severas limitaciones actuales al tamaño y peso que expuse en la primera parte. Hoteles, puertos espaciales, grandes naves espaciales, etc. estarán al alcance económico y técnico de cualquier empresa privada. La auténtica conquista del espacio comenzará entonces.


He buscado con interés entre los miles de reseñas disponibles en la web algún video que pudiera ejemplarizar las posibilidades de esta tecnología y tras muchos pensarlo he seleccionado éste, merece la pena verlo.

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9 comentarios:

  1. Esto es como una tirolina espacial ¿no?. ¿y si se rompe la cuerda? ¿Se va todo al quinto pepino?

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  2. Sí es una custión que ya ha sido planteada. Se ha estimado que el cable al caer podría ocasionar un "Gran cañón" que diera varias veces la vuelta al mundo". Pero también se han previsto varios sistemas de seguridad, por un lado no debería ser un único cable, sino dos o tres, de manera que si se rompe uno los otros seguirian funcionando. También se ha hablado de colocar cargas explosivas (igual que en los cohetes) para favorecer la autodestrucción en un caso extremo. En fin soluciones hay varias, y pegas más todavia.

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  3. Y además, todo el trabajo hecho (la estación espacial, digo), se iría a tomar vientos solares como los Voyager.MMMM ¿?

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  4. Pulsar serías un estupendo Inspector de seguridad. Efectivamente, si la velocidad de rotación de la estación espacial es superior a la velocidad de escape (como debe serlo), al perder la tensión originada por el peso del propio cable, la fuerza resultante empujaria la estación a mayor altura don alcanzaria una nueva órbita estable.
    Antes de que a tu mente calenturienta se le ocurran más pegas te recomiendo leer esta página, que enumera unas cuantas (radiación en los cinturones Van Allen, Micrometeoritos, armónicos,etc.)

    http://www.spiritus-temporis.com/space-elevator/failure-modes-and-safety-issues.html

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  5. 3d bioprinting = Inmortalidad = ir a las estrellas

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  6. ...ascensor-espacial (estación orbital rueda bici-1g)... órbita geoestacionaria, enorme "rueda-bici" está girando alrededor de su propio eje para tener 1g-centrífuga. Rueda mantenida en su lugar con 4 CABLES (cada cable con vía para Tren, para que ambos trenes crucen ↓↑) FORMANDO ESTRUCTURA DE UN ROMBO♦ (diagonal menor del rombo es el eje de giro de Estación-Rueda)...rombo abajo, Vía de nanotubos de carbono hacia Tierra...rombo arriba, Cable hacia un más alto contrapeso...si...RADIO DE RUEDA = 250 MTS... Rueda longitud del Eje de giro = diagonal menor del rombo = ½ radio de Rueda = 125 mts (eje podría ser un resistente tubo hueco con por ejemplo 20 mts de diámetro con un adecuado grosor de pared, hueco que podría servir como tanque de algo, ej. aire, o tanque de almacenamiento de agua congelada no totalmente lleno, para expansión de volumen de líquido a hielo sin que el tanque, Eje, se rompa, descongelando al usar calor solar)... Longitud de Cable del lado de rombo = diámetro de Rueda = 500 mts ((también como soporte de Rueda, en vez de un rombo, puede ser estructura estrecha Rectangular ▄▄▄▄▄▄ de viga rígida con dimensiones de lados ligeramente mayores que el diámetro de Rueda y ancho, ej. diámetro de Rueda 500 mts y ancho 50 mts...lados del rectángulo: 510 mts largo, 60 mts ancho. Rectángulo con un cable/vía (longitud=diámetro de Rueda) en cada vértice formando un largo triángulo isósceles ───◄en ambos lados menores del rectángulo►───)). Rueda ZONA-1g: longitud habitable = 1571 mts*50 mts ancho (separación en ambos lados entre Cable y Circunferencia de giratoria Rueda, aprox.= 5 mts, ajustando esta separación instalando un Eje con mayor o menor longitud, cuanto más corto Eje...más fuerte y, para fácil paso del tren, un ángulo más cercano al valor 180º en ambos vértices del rombo, diagonal menor, donde están los Grandes Rodamientos-♫-Silenciosos de inserción del Eje...unos cuantos Motores Eléctrico alimentados con Energía Solar mantienen automáticamente velocidad de giro contrarrestando el lento frenado por fricción desde los Rodamientos...además de Rodamientos: sistema principal Maglev también para el giro y soporte de Eje, dejando loa Rodamientos solo como secundario sistema de seguridad...con ligera holgura entre cada Rodamiento y su sujeción exterior, dentro de holgura todo alrededor...pequeños sólidos Pistones radialmente extensibles y retraibles...sujeción del Eje: extensible ON, con Rodamientos; extensible OFF, con Maglev. Con suficiente tensión de cables viniendo desde el contrapeso, si el Eje resiste: estructura rombo es indeformable)*10 Plantas con 25 mts de altura cada una, girando 360º cada 31 segundos, velocidad angular = 11.61º/seg, velocidad lineal (tangencial) = 182 kms/h... Estación-Rueda GIRO: EJE EN PERPENDICULAR (90º) ORIENTACIÓN A TRAYECTORIA ORBITAL...y así, mientras Estación-Rueda sigue su órbita geoestacionaria, su Rueda No cambia la orientación espacial de su eje, y por ello No hay fuerzas de Precesión actuando (y por ello No hay fuerza de torsión contra Vía)...

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  7. ...viaje interestelar sin aceleración constante (grafeno: planeta errante)... todo un Terraformado planeta errante dentro de una burbuja de grafeno transparente cual diamante...con reactores de fusión que darán la luz y el calor como un sol artificial...alrededor un campo antigravitatorio Tesla/Brown "electrogravitics" impide colisión de objetos contra la "bóveda celeste"... Quién necesita ya una estrella...

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  8. (2)...ascensor-espacial (estación orbital rueda bici-1g)... Rueda con cohetes tangenciales de maniobra para iniciar el giro, o...parar el giro por emergencia...y cohetes axiales de maniobra para reorientación del eje de Rueda, si es necesario: como el eje de la Tierra ligeramente y muy lentamente va oscilando cíclicamente debido a nutación y precesión...tal oscilación evidentemente produce tracción transversal tirando de Vía hacia un lado desde su anclaje en el ecuador, por ello habría un también ligero movimiento pendular lado a lado y ello produciría movimientos de precesión del eje de Rueda y por ello no conveniente torsión de Vía...pero el sistema debe soportar cargas laterales, en el mismo plano orbital y por ello sin problemas de precesión en el eje de Rueda, de aceleración contra W→Vía←E producidas por el efecto de Coriolis cuando dirección del movimiento es perpendicular al eje de giro, carga lateral que es máxima en el ecuadør (allí, un movimiento vertical es perpendicular al eje-Tierra) y cero en los polos (allí, un movimiento vertical es paralelo al eje-Tierra); hacia arriba carga al Oeste, hacia abajo carga al Este; giroscópica rigidez contribuye a mantener el eje de giro perpendicular a trayectoria orbital... Cuando el Tren Maglev lentamente llega (Tren sujeto en vía con un sistema normalmente cerrado, pero que abre ╚╝ y cierra de nuevo por partes solo cuando por ambos vértices del rombo el tren pasa lentamente, en su técnica zona-maglev todo a lo largo del tren, sistema dividido en tramos abre/cierra, sobre Vía para que el tren pueda pasar por ambas vías: Vía-principal/vía del rombo/de nuevo Vía principal), usando ahora ruedas-dentadas en Vía-cremallera (cremalleras instaladas en misma Vía-Maglev), el tren para en Geo 0g-Estación situada sobre un Extremo del Eje de Giro, junto al «Puerto para Naves Espaciales»... Los pasajeros desembarcan y entrando en un corredor circular giratorio, toman ahora el ascensor-interior de uno de los radios huecos Rueda (también podría ser un ascensor-exterior yendo por un simple radio-cremallera), y túnel "descendiendo" hasta el Hotel en final Zona-1g...donde mientras Estación-Rueda va girando, el inmenso productor de O2 Jardín Hidropónico recibe filtrada luz del Sol...y hay impresionantes vistas de Tierra.

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  9. ☼↓↓▓0.08g▬▬▬←▬▬▬▬▬↓☺▬▬♦1g▬→▬▬1g...Ascensor-espacial (estación orbital rampa)... Lejos a lo alto más allá de superficie de Tierra a 150,000 kms...rápida velocidad orbital 11.4 kms/seg...con solo 0.08g centrífuga, 0.8 mts/seg² (alguien que tenga 80 kgs ↓ de fuerza gravitatoria en Tierra radio ecuador=6378.1 kms; allí con un radio=156378.1 kms solo tiene 6.54 kgs ↑ de fuerza centrífuga...fuerza gravitatoria hacia abajo menos fuerza centrífuga hacia arriba)...podría estar, si algún día es barato hacer vía-maglev, contrapeso Terminal Orbital Estación-Rampa... Espera pasajeros en Estación-Tierra un hipervelocidad eléctrico vertical Tren de Levitación Magnética... "Tren Espacial procedente de Estación Orbital-Rampa y Estación Orbital-Rueda llegando en estos momentos partirá de nuevo en una hora, pasajeros con destino Luna por favor embarquen en VAGÓN-NAVE cuando esté enganchado al final del Tren"... (((si...masa del Tren=10 Tm y su velocidad-max vertical=10000 kms/h... EFECTO DE CORIOLIS CONTRA VÍA ↓al Este, ↑al Oeste: aceleración=0.4 mts/seg², FUERZA=0.41 Tm... Estando Vía sujeta en el ecuador de la Tierra, este Empuje Lateral ocurre en el mismo plano orbital, órbita hacia delante o hacia atrás, y por ello casi No hay problemas de Precesión en el sistema...excepto porque debido a ligera cíclica oscilación (nutación y precesión) del eje de la Tierra, habría que hacer cada cierto tiempo algo de corrección, con sus propios cohetes axiales de maniobra, para reorientar el Eje-Rueda)))...velocidad-media = 5,000 kms/hora: Tierra/Orbital Estación-Rueda, distancia = 35,786 kms...total tiempo viaje = 7 horas... Orbital Estación-Rueda/Orbital Estación-Rampa, distancia = 114,214 kms...total tiempo viaje = 23 horas... Con el Tren bien sujeto por retráctiles ruedas-dentadas, con velocidad-lenta al comienzo del viaje con fuerte gravitación desde Tierra, en convencional Vía-Cremallera: MAGLEV-ON...RUEDAS DENTADAS-ON... EL TREN PARTE►...

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