Costruiremo mai un’ascensore spaziale?

Raggiungere le stelle lasciando la terra a bordo di un'ascensore spaziale è una possibilità che affascina scienziati e scrittori di fantascienza. Ma è realmente possibile? Scopriamolo

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Non è un ascensore spaziale ma, all’inizio del film di fantascienza “Ad Astra” l”astronauta Roy McBride sta completando alcune riparazioni su un’antenna spaziale installata su una gigantesca torre.

Questa struttura si estende dalla superficie terrestre fin nello spazio. Ma quel giorno, il lavoro di McBride è interrotto da un’esplosione che lo lancia fuori dalla gigantesca torre.

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L’astronauta precipita nell’oscurità dello spazio verso la Terra finché il suo paracadute non si apre, rallentando la sua discesa.

Nel film, l’antenna spaziale sembra composta da tubi impilati uno su l’altro fino a raggiungere lo spazio.

Sarà possibile in futuro costruire qualcosa di simile? E le persone potranno davvero salire dalla Terra fin nello spazio con dei semplici ascensori?

Un compito arduo.

Non esiste una linea di demarcazione netta tra l’atmosfera terrestre e lo spazio, ma la convenzione vuole che lo spazio inizi tra gli 80 e i 100 chilometri al di sopra della superficie terrestre.

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Costruire una torre così alta e sottile come nel film Ad Astra non è possibile. Chiunque abbia impilato una torre di mattoncini Lego sa che a un certo punto la struttura non sarà abbastanza robusta da reggere il proprio peso. Alla fine si inclinerà su un lato, prima di schiantarsi e andare in pezzi.

La tecnica migliore è costruire una struttura simile a una piramide, con una base molto ampia che si restringe man mano che la struttura cresce in altezza.

Un’altra idea è quella di utilizzare delle cavi speciali. Nel 1992, un piccolo satellite collegato a un cavo è stato trasportato in orbita dalla navetta spaziale Atlantis.

La navetta ha sganciato il satellite collegato a un lungo cavo connesso allo Shuttle. Il sistema non ha funzionato alla perfezione, il cavo doveva svolgersi per una lunghezza di 20 chilometri, ma un problema durante il dispiegamento ha permesso di svolgere il cavo solo per 256 metri.

Markus Landgraf fisico dell’ Agenzia Spaziale Europea sostiene che anche se fossimo in grado di realizzare una torre che dalla Terra raggiunge lo spazio ci sarebbero dei problemi.

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Una torre che potrebbe raggiungere lo spazio sarebbe troppo pesante da sostenere, sostiene Landgraf. La crosta terrestre è spessa mediamente 30 Km e il mantello sottostante è troppo soffice. La massa della torre premerebbe sulla superficie terrestre creando con il passare del tempo un fossato.

I fisici hanno quindi escogitato un’altro sistema, hanno proposto di sospendere un cavo nell’orbita terrestre e di far penzolare una sua estremità verso la superficie. Quindi le persone potrebbero salire nello spazio con una sorta di ascensore spaziale invece di lasciare la terra a bordo di costosi e pericolosi razzi.

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Questo concetto è chiamato “ascensore spaziale“. L’idea è stata proposta per la prima volta da uno scienziato russo alla fine del 1800. Da allora gli ascensori spaziali sono apparsi in molti racconti e film di fantascienza.

Per rimanere in orbita geosincrona, l’estremità del cavo che sostiene l’ascensore dovrebbe trovarsi almeno a 36 mila chilometri dalla superficie della Terra. Questo significa che rimarrebbe posizionato sopra lo stesso punto sulla superficie terrestre orbitando alla stessa velocità della rotazione della Terra.

Il cavo rimarrebbe teso a causa della forza centrifuga, ha spiegato Peter Swan. Swan è il direttore dell’International Space Elevator Consortium che ha sede a Paradise Valley, in Arizona. Il suo gruppo sta promuovendo lo sviluppo di un ascensore spaziale.

Swan e altri membri dell’ISEC stanno lavorando per rendere l’ascensore spaziale una realtà perché potrebbe rendere più facile ed economico inviare persone e attrezzature nello spazio.

Swan stima che oggi inviare un chilo di materiale sulla Luna costerebbe circa 10.000 dollari, mentre con un ascensore spaziale il costo si ridurrebbe di cento volte arrivando a costare appena 200 dollari al chilo.

Ascensore spaziale: dalla Terra allo spazio

Con questo sistema, un ascensore potrebbe percorrere il cavo trasportando materiali e passeggeri. Il sistema, spiega Bradley Edwards, in realtà sarebbe una specie di ferrovia verticale. Edwards è un fisico che a scritto rapporti per la NASA nel 2000 e nel 2003 sulla fattibilità degli ascensori spaziali.

Una passeggero potrebbe raggiungere l’orbita terrestre bassa in circa un’ora, sostiene Edwards. Il viaggio fino alla fine del cavo durerebbe un paio di settimane, quindi sarebbero necessarie alcune stazioni intermedie.

La struttura funzionerebbe come un normale ascensore e la struttura adibita a cabina potrebbe raggiungere velocità comprese tra 160 e 320 chilometri all’ora.

In teoria, una volta giunti sulla sommità della struttura si potrebbe proseguire il viaggio verso altri pianeti, utilizzando proprio la forza centrifuga e senza spendere un grammo di propellente.

Tendere un cavo

La sfida più grande nella realizzazione di un ascensore spaziale potrebbe essere il cavo. Dovrebbe essere incredibilmente forte per gestire le forze gravitazionali e centrifughe in gioco.

L’acciaio utilizzato negli edifici più alti non andrebbe bene per realizzare il cavo di un ascensore spaziale. Servirebbe una massa di acciaio spaventosamente grande.

Il grafene

I fisici pensano che il materiale migliore sia il carbonio sotto forma di nanotubi. “I nanotubi di carbonio sono uno dei materiali più resistenti che conosciamo”, afferma l’ingegnere chimico Virginia Davis. Davis lavora alla Auburn University in Alabama. La sua ricerca si concentra sui nanotubi di carbonio e sul grafene, un altro materiale a base di carbonio.

La struttura a nanotubi di carbonio assomiglia a una recinzione a catena che è stata arrotolata in un tubo.

Invece di essere fatti di filo, i nanotubi di carbonio sono fatti di atomi di carbonio, spiega Davis. I nanotubi di carbonio e il grafene sono “molto più resistenti della maggior parte degli altri materiali, soprattutto, sono davvero super leggeri”.

“Possiamo già realizzare fibre, cavi e nastri con nanotubi di carbonio”, spiega Davis. Ma nessuno ha ancora realizzato nulla con nanotubi di carbonio o grafene che si avvicini anche lontanamente alle strutture necessarie per realizzare un ascensore spaziale.

Edwards ha stimato che la forza di cui il cavo avrebbe bisogno è pari a circa 63 gigapascal. È un numero enorme, migliaia di volte superiore alla resistenza dell’acciaio. È dozzine di volte più resistente di alcuni dei materiali più resistenti conosciuti, come il Kevlar utilizzato nei giubbotti antiproiettile.

In teoria, la forza dei nanotubi di carbonio supera di gran lunga i 63 gigapascal. Nel 2018 i ricercatori hanno creato un fascio di nanotubi di carbonio con una resistenza maggiore.

La resistenza di un nastro enorme, tuttavia, non dipende solo dal materiale utilizzato, ma anche da come è tessuto.

Difetti, come la mancanza di atomi nei nanotubi di carbonio potrebbe influenzare la resistenza complessiva, spiega Davis, così sarebbe per altri materiali usati nel nastro. E, una volta realizzato, l’ascensore spaziale dovrebbe resistere a tutti i tipi di minacce, dai fulmini alle collisioni con i rifiuti spaziali.

Insomma, l’ascensore spaziale è una possibilità teorica che trova qualche riscontro nella realtà ma si tratta di qualcosa di ancora lontano.

Per ora, dovremo continuare ad affidarci ai vecchi razzi a propulsione chimica, pericolosi ed inquinanti, anche se altre possibilità sono all’esame dei tecnici ma di questo parleremo in un articolo successivo.