Este enorme proyecto de ingeniería puede ser nuestra mejor oportunidad para colonizar el espacio

La colonización espacial ha llegado a un punto muerto, por razones mucho más fundamentales que la falta de dinero para el programa del transbordador espacial. Simplemente no hay forma de que los humanos puedan viajar fácilmente fuera del mundo sin usar cantidades masivas de combustible para cohetes para escapar del pozo de gravedad, y eso es costoso y ambientalmente insostenible. Entonces, ¿cómo saldremos de esta roca?

Ese fue el tema de una conferencia de tres días a la que asistí en el campus de Microsoft en Redmond en 2011, donde científicos y entusiastas hablaron sobre los planes para construir un ascensor espacial . Este enorme proyecto de ingeniería nos permitiría transportar materiales, y eventualmente personas, a una órbita alta sin cohetes. Algunos dicen que el proyecto podría comenzar dentro de una década, y la NASA está ofreciendo premios de más de $ 1 millón a las personas que puedan encontrar materiales para hacerlo realidad. Esto es lo que debe suceder antes de que pueda viajar en ascensor al espacio, según los oradores de la Conferencia de Ascensores Espaciales .

El físico e inventor Bryan Laubscher dio inicio a la conferencia brindándonos una visión general amplia del proyecto y dónde nos encontramos con la ciencia actual. El diseño funcional que el grupo espera realizar proviene de un concepto inventado por el científico de la NASA Bradley Edwards, quien escribió un estudio de viabilidad de ascensores espaciales en la década de 1990 llamado The Space Elevator . Su diseño requiere tres componentes básicos: un “trepador” robótico o cabina de ascensor; una fuente de energía de rayo láser terrestre para el escalador; y un cable de ascensor, la "cinta", hecho de nanotubos de carbono ultraligeros y ultrarresistentes.

El diseño de Edwards se inspiró, en parte, en la descripción de Arthur C. Clarke de un ascensor espacial en The Fountains of Paradise.

El diseño del ascensor es bastante simple. Está unido a la Tierra en el ecuador, probablemente en una plataforma flotante frente a la costa de Ecuador en aguas internacionales. La cinta se extiende 100.000 kilómetros hacia el espacio, tensada por un contrapeso que podría ser cualquier cosa, desde un asteroide capturado hasta una estación espacial. A lo largo del hilo habría estaciones de paso donde la gente podría bajar y trasladarse a estaciones espaciales en órbita oa naves que los llevarían a la Luna y más allá.

Tenemos algunos problemas básicos que superar, desde el clima y la basura espacial que arruina la cinta del ascensor hasta el estatus legal de tal estructura. ¿A quién pertenecería? ¿Sería una especie de Canal de Panamá al espacio, donde todos pagan un peaje al país que lo construye primero? ¿O sería supervisado por los comités espaciales de la ONU? Pero antes de llegar al punto en el que estamos esquivando micrometeoritos y lidiando con los peajes de los ascensores, debemos superar algunos obstáculos tecnológicos para construir el ascensor espacial.

Aquí es donde nos encontramos en términos de los componentes básicos del ascensor espacial.

El escalador robótico o vagón elevador

Resulta que esta es la parte más fácil de la ecuación. Ya tenemos escaladores robóticos que pueden escalar cuerdas y levantar objetos increíblemente pesados. Este aspecto del ascensor espacial se entiende tan ampliamente que la Conferencia de Ascensores Espaciales patrocinó un "día de los niños" que incluyó carreras de escaladores de ascensores espaciales de lego . Los robots diseñados por adolescentes y niños compitieron para ver cuál podía trepar por "cintas" pegadas al techo y colocar un "satélite" en la parte superior.

Por supuesto, será necesario un poco de esfuerzo para pasar de escaladores de lego a elevadores lo suficientemente grandes como para transportar componentes de un hotel espacial a través de miles de kilómetros de atmósfera y espacio. Pero esto está dentro de las capacidades de nuestra tecnología actual. Así que tenemos nuestra cabina de ascensor.

Propulsión por haz de energía

Uno de los muchos argumentos a favor de un ascensor espacial es que será ambientalmente sostenible. Sin cohetes químicos, ¿cómo enviaremos nuestros elevadores robóticos escabulléndose por ese cable? La teoría dominante en este punto es que tendremos láseres en la plataforma del elevador espacial y un plato en el elevador que capturará el rayo y lo convertirá en energía. Esta tecnología también está a nuestro alcance.

En 2009, la NASA otorgó $ 900,000 a LaserMotive por su demostración exitosa de esta llamada "transmisión de energía inalámbrica" ​​para ascensores espaciales. En 2012, la NASA ofrecerá un premio similar para un rover lunar radiante . El mayor problema con la idea de la transmisión de energía actualmente es que todavía estamos buscando configuraciones de baja potencia y, a medida que el ascensor espacial asciende más en la atmósfera, el rayo se dispersará y será bloqueado por las nubes. Algunos participantes de la conferencia estimaron que solo el 30 por ciento del haz llegaría al plato.

Aún así, hemos visto demostraciones exitosas de esta tecnología y las empresas están trabajando para perfeccionar la tecnología. Todavía no tenemos nuestro rayo de energía perfecto, pero está en camino.

Cinta de nanotubos de carbono o cable de ascensor

Este fue, con mucho, el tema más interesante y polémico de la Conferencia de Elevadores Espaciales. Se dedicó un día entero a debates técnicos sobre la investigación de nanomateriales de vanguardia y la producción de nanotubos de carbono. Científicos de los laboratorios de nanomateriales de la Universidad Rice y la Universidad de Cincinnati dieron presentaciones sobre todo, desde cómo convertir nanotubos de carbono en fibra que parece algodón negro suave, hasta cómo la radiación en el espacio podría romper los enlaces moleculares de una cinta de nanotubos de carbono.

El material de nanotubos de carbono es tan ligero y resistente que el propio cable del ascensor sería más fino que el papel. Literalmente sería una cinta, posiblemente de varios metros de ancho, que los autos robóticos agarrarían hasta el espacio. Cada año, en la Conferencia de Elevadores Espaciales, la gente trae fibras de nanotubos de carbono y compite para ver cuál puede soportar la mayor tensión antes de romperse. Los ganadores pueden ganar más de un millón de dólares de la NASA en su competencia de “atadura fuerte” ; lamentablemente, este año, nadie tenía fibras lo suficientemente fuertes para colocar (¡pero siempre puedes ingresar el próximo año!).

El problema que todos estos investigadores nos señalaron es que estamos a años de tener una “cinta” funcional hecha de nanotubos de carbono. Aunque los tubos microscópicos por sí solos son el material más resistente que hemos descubierto, necesitamos convertirlos en un "macromaterial", o algo que sea lo suficientemente grande para construir. Y hacer esa transición a un macromaterial puede ser difícil, como dijo el ingeniero químico de la Universidad de Cincinnati Mark Haase a io9 en esta entrevista.

Básicamente, el cable del ascensor es nuestro éxito. Como dice Haase, necesitamos inventar un material completamente nuevo y luego descubrir cómo colocarlo entre la Tierra y un contrapeso sin que se rompa. Ese no es un problema trivial, incluso una vez que llegamos al punto en el que podemos crear una cinta de nanotubos de carbono. La rotura podría provenir de tormentas en la Tierra, que hacen girar la plataforma; podrían provenir del impacto de un rayo sobre el material de nanotubos de carbono increíblemente conductivo; y podrían provenir de desechos espaciales, micrometeoritos o incluso simplemente radiación.

¿Cómo esquivas un trozo de basura espacial entrante que se dirige directamente a la cinta del elevador? El ingeniero Keith Lofstrom sugirió montar la cinta en una enorme plataforma de levitación magnética diseñada para mover la línea en cualquier dirección muy rápidamente, básicamente sacándola del camino. El investigador de ciencia de materiales de la Universidad de Rice, Vasilii Artyukhov, sugirió que es posible que no queramos usar nanotubos de carbono en absoluto, porque se rompen de varias maneras predecibles, especialmente cuando están bajo tensión constante y bombardeados con rayos cósmicos del sol. Pensó que un material alternativo podrían ser los nanotubos de nitruro de boro , aunque estos son incluso más experimentales que los nanotubos de carbono en este momento.

Entonces tenemos su ascensor; tenemos su fuente de energía; pero todavía no tenemos un cable que pueda usar para salir del pozo de gravedad. ¿Cuándo lo tendremos? Solo tenemos conjeturas fundamentadas, pero podría ser tan pronto como dentro de cinco años y tan lejos como décadas. Todo depende de si los nanotubos de carbono resultan ser el material que cambia el mundo. Y ayúdanos a dejar la Tierra en el proceso.

Obtenga más información en el sitio web de Space Elevator Conference .

Ilustración superior, “Space Elevator Rickshaw”, de Andy Dudak / Deviant Art . Arte conceptual de Lifter por Gryphart .

Una versión de este artículo apareció en 2011.

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