Un ascensore spaziale è possibile con la tecnologia odierna, affermano i ricercatori (dobbiamo solo penzolarlo dalla luna)

Foto-illustrazione dell'ascensore spaziale Immagini originali: Michel Paz, Jeremy Thomas | Spruzza; a cura di MIT Technology Review

Forse il più grande ostacolo all'espansione dell'umanità in tutto il sistema solare è il costo proibitivo per sfuggire all'attrazione gravitazionale terrestre. Così dicono Zephyr Penoyre dell'Università di Cambridge nel Regno Unito ed Emily Sandford della Columbia University di New York.

Il problema è che i motori a razzo funzionano espellendo massa in una direzione per generare spinta per un veicolo spaziale nell'altra. E ciò richiede enormi volumi di propellente, che alla fine viene scartato ma deve anche essere accelerato insieme alla navicella spaziale.

Il risultato è che mettere in orbita un solo chilogrammo costa nell'ordine di decine di migliaia di dollari. Arrivare sulla luna e oltre è ancora più costoso. Quindi c'è un notevole interesse nel trovare modi più economici per entrare in orbita.

Un'idea è quella di costruire un ascensore spaziale, un cavo che si estende dalla Terra all'orbita che fornisce un modo per arrampicarsi nello spazio. Il grande vantaggio è che il processo di arrampicata può essere alimentato da energia solare e quindi non richiederebbe carburante a bordo.

Ma c'è anche un grosso problema. Un cavo del genere dovrebbe essere incredibilmente forte. I nanotubi di carbonio sono un materiale potenziale se mai possono essere realizzati abbastanza a lungo. Ma le opzioni disponibili oggi sono semplicemente troppo deboli.

Entrano Penoyre e Sandford, che hanno rivisitato l'idea con una svolta. Dicono che la loro versione di un ascensore spaziale, che chiamano linea spaziale, potrebbe essere costruita con materiali oggi disponibili in commercio.

Prima un po' di background. Un ascensore spaziale come concepito convenzionalmente consisterebbe in un cavo ancorato a terra e che si estende oltre l'orbita geosincrona, a circa 42.000 chilometri (26.098 miglia) sopra la Terra.

Un tale cavo avrebbe una massa considerevole. Quindi, per impedirne la caduta, dovrebbe essere bilanciato all'altra estremità da una massa orbitante simile. L'intero ascensore sarebbe quindi supportato da forze centrifughe.

Per molti anni fisici, scrittori di fantascienza e visionari hanno calcolato con entusiasmo la dimensione di queste forze, solo per essere tristemente scoraggiati dal risultato. Nessun materiale conosciuto è abbastanza forte per far fronte a queste forze, né la seta di ragno, né il kevlar, nemmeno i più resistenti moderni polimeri in fibra di carbonio.

Quindi Penoyre e Sandford hanno adottato un approccio diverso. Invece di ancorare il cavo sulla Terra, propongono di ancorarlo sulla luna e di farlo penzolare verso la Terra.

La grande differenza viene dalle forze centrifughe. Un ascensore spaziale convenzionale effettuerebbe una rotazione completa ogni giorno, in linea con la rotazione terrestre. Ma la linea spaziale basata sulla luna orbiterebbe solo una volta al mese, una velocità molto più lenta con forze corrispondentemente inferiori.

Inoltre, le forze sono disposte in modo diverso. Estendendosi dalla luna alla Terra, la linea spaziale passerebbe attraverso una regione dello spazio in cui la gravità terrestre e quella lunare si annullano a vicenda.

Questa regione, nota come punto di Lagrange, diventa una caratteristica centrale di una linea spaziale. Sotto di essa, più vicino alla Terra, la gravità tira il cavo verso il pianeta. Ma al di sopra, più vicino alla luna, la gravità tira il cavo verso la superficie lunare.

Penoyre e Sandford mostrano rapidamente che estendere il cavo dalla luna fino alla superficie terrestre genera forze troppo grandi per i materiali odierni. Ma il cavo non deve allungarsi completamente per essere utile.

Il risultato principale dei ricercatori è mostrare che i materiali più resistenti di oggi, i polimeri di carbonio come lo Zylon, potrebbero supportare comodamente un cavo che si estende dalla luna all'orbita geosincrona. Proseguono suggerendo che un dispositivo di prova di principio fatto da un cavo dello spessore di una matita potrebbe essere appeso alla luna a un costo misurato in miliardi di dollari.

È chiaramente ambizioso ma non eccessivo per le moderne missioni spaziali. Estendendo una linea, ancorata sulla luna, fino alle profondità del pozzo gravitazionale terrestre, possiamo costruire un cavo stabile e attraversabile che consente il libero movimento dalle vicinanze della Terra alla superficie della Luna, affermano Penoyre e Sandford.

Il risparmio sarebbe enorme. Ridurrebbe il carburante necessario per raggiungere la superficie della luna a un terzo del valore attuale, dicono.

E aprirebbe una regione spaziale completamente nuova all'esplorazione: il punto di Lagrange. Questo è interessante perché sia ​​la gravità che il gradiente di gravità in questa regione sono zero, il che la rende molto più sicura per i progetti di costruzione. Al contrario, il gradiente di gravità nell'orbita terrestre bassa fa sì che le orbite siano molto meno stabili.

Se lasci cadere uno strumento dalla Stazione Spaziale Internazionale, sembrerà che si allontani rapidamente da te, fai notare Penoyre e Sandford. Il punto di Lagrange ha un gradiente di forza gravitazionale quasi trascurabile; lo strumento caduto rimarrà a portata di mano per un periodo molto più lungo.

Né ci sono detriti significativi in ​​questa regione. Il punto di Lagrange è stato per lo più non toccato dalle missioni precedenti e le orbite che passano da qui sono caotiche, riducendo notevolmente la quantità di meteoroidi, dicono.

Per questi motivi, Penoyre e Sandford affermano che l'accesso al punto di Lagrange è un grande vantaggio della linea spaziale. Il campo base del punto di Lagrange è la cosa che riteniamo più importante e influente per l'uso iniziale della linea spaziale (e per l'esplorazione spaziale umana in generale), dicono. Un tale campo base consentirebbe la costruzione e il mantenimento di una nuova generazione di esperimenti spaziali: si potrebbero immaginare telescopi, acceleratori di particelle, rivelatori di onde gravitazionali, vivari, produzione di energia e punti di lancio per missioni nel resto del sistema solare.

È un lavoro interessante che invita a una rinnovata attenzione sull'idea di un ascensore spaziale. L'accesso economico al punto di Lagrange, alla luna e ai punti al di là potrebbe essere diventato molto più economico e più probabile.

Rif: arxiv.org/abs/1908.09339 : The Spaceline: una pratica alternativa all'ascensore spaziale realizzabile con la tecnologia attuale

nascondere