¿Los ascensores espaciales son tecnológicamente factibles?

El elevador espacial pasivo

Habría algo casi mágico si una cinta de cable especial pudiera extenderse desde un satélite geoestacionario y alcanzar la superficie de la Tierra, y en este hilo, un escalador podría llevar carga a órbita, o preferiblemente, un satélite.

Haría que lanzar cosas en órbita fuera tan fácil. Y, simplemente estaría allí, listo para que la próxima carga suba o baje.

Acero / titanio

Utilizando materiales estándar de cable, flotabilidad, plataforma de base alta y reduciendo la gravedad de la Tierra, para una masa de 1,000 kg, puedo obtener un cable de acero a unos 300 km del camino a GEO a aproximadamente 53,000 km. Usando titanio, puedo llevar un cable de titanio a unos 750 km. La masa que se levanta casi no importa porque el peso del cable se acumula muy rápidamente.

Fuerza Coriolis

La fuerza de Coriolis, la fuerza centrífuga del giro de la Tierra no ayuda mucho en el extremo inferior para hacer las cosas más livianas , y si está en el lado GEO, si hay una fuerza centrípeta que necesita ser arrastrada por la cinta, eso es un exceso de fuerza eso causaría que el término de la Tierra requiera una mayor fortificación.

Nanotubos de carbon

La tecnología de nanotubos de carbono o hilo de diamante suena prometedora, pero es muy difícil hacer que los materiales sean puros y en cantidades suficientes. Cuando un trapecio en el columpio de un niño puede usar nanotubos en lugar de cadenas de acero, entonces sabré que la tecnología podría escalar. Hasta la fecha, parece que la cantidad de hilo de carbono hecha por toda la humanidad cabría en un dedal. Las piezas largas tienen un metro de largo y un átomo de espesor. Difícil de convertir en un cable lo suficientemente grueso para un capturador.

Ser 100 veces más fuerte que el acero es interesante, pero ni siquiera sabemos si cuando tomamos 200,000 nanotubos de carbono y los enrollamos en el cable, la entropía, la electricidad ambiental y la fuerza mecánica pueden preferir convertir el cable en carbón o polvo C60 que se derrumba en un puf.

Clima

También me preocupa mucho el clima, no tanto viento, que sería malo, sino hielo. El hielo puede acumularse bastante espeso con bastante rapidez, y una cinta de hielo de 5 cm x 5 cm x 1 km agregaría una masa de 15,000 kg al cable.

Diré por adelantado dos cosas: me encanta la idea de un ascensor espacial y no soy ingeniero de materiales.

Todavía estamos lejos. El principal problema con la idea del elevador espacial es la resistencia de los materiales. El peso del cable (cinta, hilo, como quiera llamarlo) desde la altitud orbital hasta la superficie, excede los materiales más fuertes que tenemos.

¡Sin embargo! Estamos muy cerca. Hemos estado tentadoramente cerca durante 20 años, al igual que la fusión nuclear (hemos estado a 30 años de un reactor de fusión viable durante más de 50 años …).

Actualmente, los nanotubos de carbono tienen la fuerza para construir un elevador espacial … pero no hemos podido fabricar piezas LARGAS de nanotubos de carbono. Podemos hacer pequeñas secciones cortas de nanotubos de carbono … de menos de unos pocos milímetros de largo, pero no hemos descubierto cómo “hacer girar” esto en un alambre, cable, hilo, cuerda, etc.

La ingeniería de la CONSTRUCCIÓN de un ascensor espacial tampoco es trivial. ¿Cómo lo construíste? ¿Lo bajas de la órbita? ¡La cizalladura del viento será un problema real!

Esté atento a la tecnología de nanotubos de carbono … si eso llega al punto en el que podemos hacer un cable de cualquier longitud razonable que podamos girar en un cable más grande y más largo … ¡entonces podremos probarlo!

Bueno. La tecnología sería un poco rara.

Mucha gente piensa que es factible.

Aquí hay un montón de problemas relacionados.

Una cosa es que tendría que ser realmente fuerte. La capa exterior al menos.

El acero se rompería bajo las fuerzas que experimentaría.

El material más fuerte que tenemos en la tierra es tan delgado como un átomo de espesor. Graphene es que voy a estar equipado para el trabajo.

Entonces, tendríamos que crear un material completamente nuevo para construirlo.

Digamos que realmente hacemos que eso suceda.

¿Cómo subiría el Evevator? Aprovechemos la duda y aprovechemos para llevar solo a 8 personas como un elevador normal.

Los ascensores normales funcionan con poleas. Entonces, necesitamos una cuerda, que es literalmente tan larga como la distancia entre la tierra y el cielo. Y están tan separados como la verdad y la mentira, según los antiguos filósofos.

Necesitaremos una mejor forma de levantar. Propulsores? Entonces consigue un cohete. ¿Por qué necesitas un elevador para eso?

¿Qué tal, Hmmm ….., Ruedas en una pista vertical? Suena bien. Excepto que tendría que girar al menos veinte mil rotaciones por minuto y si tiene que obtener el impulso que esperamos, se estaría calentando tanto que podría derretir muchos de los metales.

Digamos que también tenemos un material diferente que resuelve este problema.

Una vez más, suponiendo que es un evento normal, con una distancia muy larga por recorrer, debería moverse a unos 10 metros por segundo, el ascensor seguro promedio fuera de mi búsqueda en Google. Y acelera a 1,5 metros por segundo al cuadrado para alcanzar eso. Entonces, básicamente, esperarías siete segundos para que alcance la velocidad máxima.

Y suponiendo que vas a ir a la región LEO, o órbita terrestre baja, estarías esperando 4 horas y media para llegar allí

Bueno. Intentemos acelerar eso. Trate de reducir el tiempo de viaje tanto como sea posible.

Un cuerpo humano típico puede manejar cinco veces su peso corporal bajo la fuerza de la gravedad antes de desmayarse. O 5 gs.

Queremos que la gente sobreviva, así que hagamos 4 gs por el bien de los pasajeros.

El automóvil se aceleraría a 39.2 metros por segundo al cuadrado por la mitad de la distancia y desaceleraría a la misma velocidad durante el resto de la distancia.

Suponiendo que las personas en el interior sobrevivan a los 4gs, el viaje se puede completar en poco más de 2 minutos. (haz los cálculos tú mismo. Segunda ecuación de movimiento)

Pero…., Habrá una tremenda fricción experimentada por las ruedas en el carro que están haciendo el levantamiento. Eso simplemente los derretiría o los quemaría.

Aunque te digo algo. Los cohetes tienen el consumo de tiempo exacto para ir al espacio.

Y son más seguros también. Al reducir la carga útil, también puede reducir el costo.

¿Por qué necesitas una torre tan alta como el cielo, cuando puedes sentarte en un cohete?

La nave espacial AVATAR de DRDO puede transportar una tonelada a las zonas de órbita terrestre baja.

El Boeing OTV de la NASA puede llevar hasta 4 toneladas, incluido todo en zonas LEO.

Claro, pueden tardar un poco más, pero también son más baratos que una Torre tan alta como el cielo.

Si factible significa posible y práctico, entonces los elevadores espaciales no lo son, cuando tienes cohetes.

Si elimina prácticas, entonces sí. Si está dispuesto a arriesgar su vida hasta el punto de que no salga vivo.

Básicamente, un ascensor espacial conecta la Tierra a un contrapeso. Teóricamente, los humanos podrían subir y bajar este elevador proporcionando acceso casi instantáneo al espacio.

Obviamente todavía no los tenemos, pero todavía están en desarrollo. Los científicos todavía están trabajando para desarrollar un material que tenga la resistencia, densidad y flexibilidad necesarias. [1] La IAA espera que se usen nanotubos de carbono en el ascensor espacial.

Piensa en diamantes y grafito. Los diamantes y el grafito (en lápices) son dos formas diferentes (o alótropos) de carbono. Sí, es así de simple. Los nanotubos de carbono son simplemente una forma diferente de carbono con una nanoestructura cilíndrica.

La IAA predice poder construir un elevador espacial a la órbita geosíncrona (más de 60,000 millas) para 2035.

Para responder directamente a la pregunta, creemos que es factible. Todavía no sabemos si los nanotubos de carbono funcionarán en la construcción de un elevador espacial. Todavía no sabemos si el ancla de vértice (o contrapeso) es factible. Todavía no sabemos si podemos construir uno de manera segura. Hay muchas preguntas que simplemente no conocemos todavía, pero, según lo que sabemos ahora, creemos que podemos construir una para 2035.

La parte más difícil será lograr que todas las naciones estén de acuerdo. Los terroristas también pueden bajar fácilmente un ascensor espacial. Hay riesgos de seguridad que vienen con un ascensor espacial. Hacer que millones de personas trabajen juntas una vez que la ciencia funcione será la parte difícil.

Notas al pie

[1] 60,000 millas arriba: el ascensor espacial podría construirse para 2035, según un nuevo estudio – ExtremeTech

En este momento, dependiendo de quién dé su opinión, ya sea en la Etapa I o en la Etapa II, que son:

Yo “es claramente imposible”.

II “No vale la pena hacerlo”.

Supongo que pasarán algunas décadas antes de que llegue a la Etapa III:

III “Otros proyectos valen más la pena”.

y algunas décadas más hasta la Etapa IV:

IV “Siempre he estado a favor de eso”.

El gran problema en este momento es la resistencia a la tracción de los materiales. Estamos en la posición de alguien que intenta construir un avión con madera (principalmente). Podría hacerse: el asombroso De Havilland Mosquito fue construido de madera contrachapada, y aunque es cierto que no era un jet bastante rápido, pero el rendimiento apestaría y también la economía. Si eso se resolviera, muchos problemas menores levantarían sus cabezas; Una entretenida introducción a algunos de ellos se encuentra en The Fountains of Paradise.

Cosas técnicas a continuación.

Se alega que, dado que ninguna fibra conocida es lo suficientemente fuerte como para soportar su propio peso durante varios miles de kilómetros, no se puede construir un elevador espacial hasta que tengamos materiales más fuertes. Este argumento usa la misma lógica que se usó para demostrar que Saturno V no pudo enviar nada a la luna. Un cable cónico adecuado puede ser autosuficiente en varias veces la longitud máxima de un cable uniforme, porque la mayor parte de la tensión está cerca de la parte superior, por lo que allí debería estar la mayor parte de la resistencia. El problema es que la cantidad de material que necesita crece exponencialmente con la altura. Kevlar, por ejemplo, es autosuficiente a lo largo de unos 300 km con un espesor constante. Esto significa que, si tratamos de construir un tallo de frijol de Kevlar, cada km adicional de altura agregaría una centésima parte de la masa (y, probablemente, el costo) de todo el asunto. Cada 208 km lo duplicaría. Cada 2072 km lo multiplicaría por mil más o menos. A medida que nos alejamos de la Tierra, la gravedad tira con menos fuerza, pero terminaríamos con un millón de toneladas de elevadores levantando una carga útil de un gramo. Por mi dinero, esto nos coloca en la Etapa II.

http://www.engineering.com/ [correo electrónico protegido] / …
Los nanotubos de carbono son supuestamente más de veinte veces más fuertes que el Kevlar. Esto marcaría una gran diferencia, excepto que solo las fibras individuales son tan fuertes; Se informa que los hilos y cables de nanotubos son mucho más débiles, porque las fibras se deslizan unas a otras fácilmente cuando se tiran. Ha sido difícil obtener incluso el doble de la fuerza de Kevlar. Sin embargo, esto sería suficiente para cambiar la economía más allá del reconocimiento, ya que puede necesitar solo una tonelada de cable en lugar de un millón de toneladas (aumentando mil veces cada 4136 km, y así sucesivamente). Si puede llevar la carga útil al otro extremo en poco tiempo, lo que no es fácil, esto podría comenzar a parecer interesante.

Precaución final: mira lo que sucedió cuando alguien decidió construir un Túnel del Canal.
http://news.bbc.co.uk/2/hi/busin …

A2A.

Estamos muy lejos de poder crear un ascensor espacial. Pero incluso si pudiéramos, dudo que lo hagamos. En primer lugar, interferiría con las naves espaciales actualmente en órbita. Probablemente podríamos solucionar eso al final. En segundo lugar, sería increíblemente caro. Tercero, espero que inventemos otras formas (más efectivas) para salir bien de la gravedad de la Tierra. Cuarto, es posible que no necesitemos uno. Es muy posible que una vez que tengamos una infraestructura en el espacio establecida, nos resulte económicamente más atractivo para las dos sociedades (una en el espacio y la otra en el suelo) operar principalmente de manera independiente.

Si y no.

Sí, es tecnológicamente factible, porque tenemos el concepto en nuestras cabezas, sabemos cómo funciona la física y estamos trabajando en los materiales que necesitaremos para construirlo.

No, no es tecnológicamente factible, porque todavía estamos trabajando en los materiales que necesitaremos para construir la maldita cosa en primer lugar.

Pero esa no es la pregunta, o las preguntas que debes hacer.

¿Es un ascensor espacial económicamente factible, y un ascensor espacial es políticamente factible?

Estaríamos escapando más que el tirón de la gravedad de la Tierra; estaremos escapando de la ciencia de cohetes. Es gracioso decirlo de esa manera, pero hay una ecuación que describe el combustible que necesitará para lanzar el combustible que necesitará para usted. Un elevador espacial, por otro lado, no necesita llevar su propio combustible. Si el elevador espacial es al final más barato que el combustible utilizado, ciertamente será económicamente factible.

Ahora, ¿es políticamente factible?

¿Qué pasaría si China construyera el primer ascensor y comenzara a construir un montón de mierda allá arriba? ¿Qué haría el resto del mundo si no pudieran construir sus propios ascensores?

Un ascensor espacial es un tipo propuesto de sistema de transporte espacial. Su componente principal es un cable en forma de cinta (también llamado amarre) anclado a la superficie y que se extiende al espacio. Está diseñado para permitir el transporte de vehículos a lo largo del cable desde una superficie planetaria, como la Tierra, directamente al espacio u órbita, sin el uso de grandes cohetes. Un elevador espacial basado en la Tierra consistiría en un cable con un extremo conectado a la superficie cerca del ecuador y el otro extremo en el espacio más allá de la órbita geoestacionaria (35.800 km de altitud). Las fuerzas de gravedad de la competencia, que son más fuertes en el extremo inferior, y la fuerza centrífuga hacia afuera / hacia arriba, que es más fuerte en el extremo superior, darían lugar a que el cable se sostenga, bajo tensión y estacionario en una sola posición en la Tierra. . Una vez que se despliega la correa, los escaladores subirían repetidamente la correa al espacio por medios mecánicos, liberando su carga a la órbita. Los escaladores también descenderían de la correa para devolver la carga a la superficie desde la órbita.

Sí.

La NASA creó un informe en 2001. Varios meses de trabajo, liderado por un PHD real, lo resolvió: http://www.niac.usra.edu/files/s …

De acuerdo, es un poco anticuado (habla sobre el uso de una carga de transbordador espacial), pero el Halcón Pesado podría tomar el relevo. El principal obstáculo que identifican no es el rayo o cualquier otra cosa, sino hacer la “cinta”. Sin embargo, una vez que la infraestructura de fabricación está funcionando, tirar unos cuantos más es literalmente un pedazo de pastel.

El informe final es este: http://www.nss.org/resources/lib …

Y más recursos están aquí: Space Elevator Library

Hace unos años escribí un ensayo sobre esto, pero la primera fuente que proporcioné hace un análisis excelente y es muy comprensible para el profano. Ojea las partes aburridas.

Lamentablemente no. Hay varias razones:

Un elevador espacial tendría que tener muchos miles de millas de largo, mucho más allá del punto de una órbita geosíncrona, un poco más de la mitad de su masa arriba y un poco menos abajo, para que siempre permanezca en tensión. Incluso uno muy delgado, como un simple cable, pesaría millones de toneladas, o más.

Los materiales más fuertes que tenemos ahora ni siquiera se aproximan a las relaciones de resistencia a masa que se requieren para soportar su propio peso.

Construirlo sería extremadamente problemático. La construcción debe comenzar en órbita geocéntrica y construirse hacia arriba y hacia abajo desde cada extremo. Mantenerlo en equilibrio en todo momento sería una operación delicada; de lo contrario, si un extremo se vuelve demasiado pesado, se iría al espacio o volvería a caer a la tierra. Se necesitarían muchos propulsores pequeños a lo largo de toda su longitud para mantener su posición.

El ascensor estaría en los caminos de los miles de satélites y basura espacial que ya están en órbita. Tarde o temprano, uno seguramente impactará el elevador y probablemente lo dividirá en dos. El extremo superior volaría al espacio. El extremo inferior se estrellaría contra la tierra con un impacto catastrófico.

Incluso si estos problemas pudieran resolverse, un costo conservador llegaría a muchos billones de dólares.

Uno de los obliculos más grandes es el material necesario para que la línea real se extienda al espacio. Están trabajando en nuevos materiales para encontrar uno lo suficientemente fuerte, no solo para soportar un elevador móvil, sino también su propio peso. Todavía no tenemos nada capaz de hacer eso. Ni siquiera están cerca todavía. Experimentaron con seda de araña, pero la producción de tanta seda es prohibitiva. Se necesitan muchas arañas para hacer lo suficiente como para ser factible. Este es el gran problema.

Si podemos. Recuerdo haber visto un episodio en Space Elevator Research en Discovery Science. Están buscando construir uno para 2125. Debo admitir que la tecnología es alucinante. Suena casi loco. Sin embargo, dicen que los elevadores espaciales con nanotubos de carbono unidos a satélites en órbita a través de un túnel láser es una de las formas más sensatas de llegar al espacio.

20 años.

Todos los proyectos fantásticos parecen estar a 20 años de distancia.

El Santo Grial de los proyectos fantásticos en este momento es el poder de fusión nuclear sostenible. Los sectores de las comunidades científicas y de ingeniería del mundo están trabajando activamente en esto y está siendo financiado por varios gobiernos de todo el mundo y ha estado en progreso durante décadas. Me parece recordar que el objetivo estaba “a 20 años de distancia” cuando me gradué hace 30 años y creo que las personas que trabajan en ese proyecto todavía dicen “20 años de distancia”.

¿Misión tripulada a Marte? 20 años de distancia.

Colonias en el espacio? 20 años de distancia.

20 años parece ser la respuesta común que todos los “expertos” dan a este tipo de preguntas. Siembra las semillas de la esperanza en las mentes de los optimistas para que puedan ver cualquier sueño del que estemos hablando en su vida.

Por supuesto, esos 20 años solo comienzan cuando comienza un proyecto financiado, por lo que a la mayoría de los expertos nunca se les puede demostrar que su experiencia es incorrecta porque la mayoría de los proyectos como este nunca se financian. Brillante.

Ahora, la generación sostenible de energía de fusión nuclear con destino a la tierra (no olviden que la energía solar es energía de fusión nuclear) es un objetivo que tiene inmensas recompensas financieras (y ambientales) y que los grandes gobiernos han considerado conveniente invertir sumas colosales de dinero con la esperanza de que nosotros puede lograr energía utilizable limpia, abundante y en última instancia barata. Obtener grandes cantidades de financiamiento para otros proyectos significativamente menos beneficiosos para la humanidad, creo que será un desafío mucho mayor que cualquier desafío tecnológico que, con suficiente dinero, generalmente se puede resolver con el tiempo.

No muy. Necesitamos grandes avances en la resistencia de los materiales antes de que sean técnicamente posibles y necesitamos mayores aumentos en el tráfico al espacio antes de que sean económicamente viables.

Vea el tema Elevadores espaciales para obtener más información sobre esto. Y considere investigar un poco antes de preguntar, ya que hay mucho material aquí sobre Quora.

Un largo camino.

La tecnología principal necesaria es un material lo suficientemente fuerte como para que el cable llegue desde la estación de asteroides / espacio atado a la superficie de la Tierra. Este cable no solo tiene que sostener el objeto atado en el lugar que proporciona el tirón para mantenerlo apretado, sino también para soportar su propio peso. No tenemos material lo suficientemente fuerte como para hacer este cable. Nada disponible actualmente está incluso cerca.

Existe la teoría de que un cable hecho de nano tubos de carbono puede ser lo suficientemente fuerte, pero hasta ahora no tenemos la capacidad de hacer algo como esto y la durabilidad sería una gran preocupación.

Esencialmente, un elevador espacial comprendería un largo enlace que se extiende desde la superficie del planeta alrededor de 22,000 millas hasta un círculo geosíncrono, donde el punto final se movería en un estado de armonía con la revolución del planeta y se mantendría a flote en el mismo punto al principio mirada en todo momento. En comparación con el uso de cohetes, los elevadores espaciales harían que transportar enormes cantidades de carga y viajeros sea muy fácil. Es una disposición mucho más plausible para abandonar el marco estelar y hace que la colonización espacial sea una verdadera probabilidad

Décadas al menos, quizás un siglo o más.

Es una gran idea, pero muy poco práctica debido a nuestras capacidades actuales. Las fibras de carbono son, en teoría, apenas lo suficientemente fuertes, pero es difícil hacer fibras sin defectos que tengan decenas de miles de millas de largo. Si el cable se rompiera, podría envolverse alrededor de la tierra. ¡E imagine las dificultades de poner tanta masa en órbita geosíncrona!

Sí, pero necesitaría construirse a partir de materias primas recuperadas de la luna o asteroides. Vea el PDF sobre los anillos orbitales. http://www.nss.org/resources/lib …

Mucho más cerca de donde estábamos hace 20 años, sin embargo, no tan cerca como nos gustaría. Las nanofibras de carbono pueden rasparse con la mínima resistencia necesaria para construirlo, pero todavía no tenemos la tecnología para construirlas según sea necesario para un elevador orbital. El hecho de que la Tierra sea un planeta terrestre bastante grande es a la vez una bendición y una caída, ir a Marte o La Luna y podrías hacer uno de Hierro.

Luego vienen las preocupaciones de seguridad en el mundo de hoy, una bomba de tamaño moderado y esta cosa se envuelve a la mitad del planeta mientras la estación de anclaje en el otro extremo se lanza al espacio.

Mucho más prácticas son las ideas como el circuito de lanzamiento, los sistemas de lanzamiento electromagnéticos como la siempre popular pista de levitación magnética en un tubo de vacío al costado de una montaña y, por supuesto, los sistemas de lanzamiento láser que pueden funcionar en conjunto con otros métodos de lanzamiento.