“Immagina un cavo fatto di materiale super-teso che arriva dalla superficie della Terra a una stazione in orbita geostazionaria, ovvero, orbita equatoriale geosincrona (GEO). Questa favolosa idea è conosciuta come “Space Elevator”, un sistema di trasporto Terra-orbita proposto che potrebbe rivoluzionare i viaggi e l’esplorazione spaziale come li conosciamo. Sebbene la creazione di questa struttura sarebbe un’impresa erculea di ingegneria e molto costosa e dispendiosa in termini di tempo, consentirebbe anche vantaggi a lungo termine senza precedenti. Il vantaggio più notevole di una tale struttura è legato alla riduzione significativa del costo dell’invio di carichi utili ed equipaggi nello spazio. Anche con il vantaggio di razzi riutilizzabili, è ancora molto costoso inviare qualsiasi cosa in orbita. La ragione ha a che fare con la gravità terrestre, che pesa 9,8 m/s2 (32,174 ft/s2). Per questo motivo, un razzo deve raggiungere una velocità di 11.186 m/s (40.270 km/h; 25.020 mph) per sfuggire alla gravità terrestre (questa è nota come “velocità di fuga”). La quantità di carburante necessaria per generare questa velocità è considerevole, il che significa che sono necessari enormi razzi e enormi serbatoi di propellente, ovvero più massa, cioè è necessario più carburante…. La NASA ha definito il concetto come segue in un rapporto del 2000 intitolato “Space Elevators: An Advanced Earth-Space Infrastructure for the New Millennium”: “Un ascensore spaziale è una connessione fisica dalla superficie della Terra a un’orbita terrestre geostazionaria (GEO) sopra la Terra ≈ 35.786 km di altitudine. Il suo centro di massa è nel punto geostazionario in modo tale che abbia un’orbita di 24 ore e rimane nello stesso punto sopra l’equatore mentre la Terra ruota sul suo asse.” Sebbene esistano molte versioni proposte dell’ascensore spaziale, gli elementi strutturali di base sono quasi sempre gli stessi. Questi includono una base (o ancora), un cavo, “arrampicatori”, sistemi di alimentazione ed un contrappeso nello spazio. Per quanto riguarda la Base, le proposte si alternano tra piattaforme mobili marittime o piattaforme fisse terrestri. Il “cavo” sarebbe una tensostruttura che trasporterebbe gli scalatori dalla Terra allo spazio, e la forza e lo spessore dovrebbero variare lungo la sua lunghezza. Poiché la tensione è maggiore vicino all’estremità del cavo (a quota GEO), in questo punto deve essere più spessa e rastremarsi verso il basso più vicino alla superficie. A causa delle sollecitazioni coinvolte, il cavo dovrebbe avere un rapporto resistenza alla trazione/densità molto elevato. Sulla base di varie valutazioni, il materiale in questione dovrebbe avere una forza di almeno 100 gigapascal (GPa). Prima dello sviluppo di materiali nano-ingegnerizzati come i nanotubi di carbonio e il grafene, nessun materiale conosciuto poteva soddisfare questi requisiti. Gli “scalatori” sono le funivie che sarebbero responsabili del trasporto di equipaggi e carichi utili in orbita. Il design degli scalatori dipende dal numero di auto sul cavo in un dato momento, dal design del cavo e da altri requisiti. Dal 2013, l’Accademia Internazionale di Astronautica (IAA) ha pubblicato rapporti che evidenziano la necessità di un ascensore spaziale, culminati nel 2018 con l’uscita dell’era “Road to the Space Elevator”. Il rapporto ha concluso che la capacità di produrre in serie grafene a cristallo singolo (più forte dei nanotubi di carbonio) significa che presto sarà possibile realizzare un ascensore spaziale. Oltre ad essere un’audace impresa di ingegneria, un ascensore spaziale offre una vasta gamma di vantaggi. Per cominciare, i risparmi che offrirebbe rispetto ai razzi convenzionali accelereranno i piani commerciali e persino popolano l’orbita terrestre bassa (LEO), stabiliranno insediamenti umani su Marte e risparmieranno miliardi di missioni destinate a destinazioni nello spazio profondo. Sebbene siano stati compiuti progressi in questo settore (grazie alla scoperta dei nanotubi di carbonio), ci sono ancora diversi ostacoli. Per cominciare, i ricercatori non sono ancora in grado di creare nanotubi particolarmente lunghi e con un’elevata resistenza alla trazione. L’attuale record per i tubi singoli si attesta ancora a poco meno di 20 pollici (50 cm) e 5,5 pollici (14 cm) per le “foreste”. In secondo luogo, la stessa cosa che rende i nanotubi di carbonio così forti (i loro legami covalenti esagonali) pone anche un grosso problema nella costruzione di un legame. Quando vengono caricati a un livello estremo, questi legami diventano instabili e si sfaldano, il che farebbe sfilacciare la catena allo stesso modo di una calza. I nanofili di grafene e diamante sono una possibile soluzione poiché la loro struttura non è suscettibile di sfilacciamento e presentano meno problemi quando si tratta di produzione di massa. Tuttavia, produrre abbastanza per comporre un cavo che raggiunge un’altitudine di circa 22.236 miglia (35.786 km) o oltre sarebbe un’impresa molto costosa. In secondo luogo, c’è anche la questione delle forze titaniche che la struttura dovrà affrontare, come wind shear, tempeste e uragani a quote più basse, e micrometeoroidi e l’influenza gravitazionale del Sole e della Luna a quote più elevate. Aggiungete a ciò lo stress di inviare regolarmente le pod car su e giù per il tether, e il risultato potrebbero essere oscillazioni che alla fine diventano violente. Terzo, c’è la questione dei detriti orbitali, che è già un problema considerevole. L’ESA stima che ci siano attualmente 34.000 oggetti più grandi di ~4 pollici (10 cm) di diametro, 900.000 che misurano tra 0,4 e 4 pollici (da 1 cm a 10 cm) e 128 milioni di oggetti da 0,4 a 0,04 pollici (da 1 mm a 1 cm). Poiché gli oggetti nell’orbita terrestre si muovono a una velocità di ~4,8 mi/s (7,8 km/s) – 17.000 mph; 28.000 km/h: anche il più piccolo frammento può rappresentare un rischio elevato. E, naturalmente, c’è il problema dei costi, che va oltre la capacità di una nazione di costruire. L’unico modo in cui potremmo permetterci di creare un ascensore spaziale nel prossimo futuro è se le nazioni più ricche del mondo si unissero e si impegnassero in uno sforzo multigenerazionale per costruirne uno e potessero concordare un quadro comune per amministrarlo e utilizzarlo.” (thanks to interestingengineering.com)
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