Ilustración artística de un sistema de transporte masivo de elevadores espaciales. Las versiones futuras de la tecnología algún día podrían arreglarse.
(Imagen: © Japan Space Elevator Association)
Los elevadores espaciales para transportar pasajeros y carga hacia y desde la órbita podrían construirse utilizando materiales existentes, si la tecnología se inspira en la biología para repararse cuando sea necesario, según un nuevo estudio.
En teoría, un elevador espacial consiste en un cable o haz de cables que se extienden miles de millas hasta un contrapeso en el espacio. La rotación de la Tierra mantendría el cable tenso, y los vehículos trepadores subirían y bajarían el cable a la velocidad de un tren.
El viaje en un ascensor espacial probablemente llevaría días. Sin embargo, una vez que se construye un elevador espacial, un viaje al espacio en la tecnología podría ser mucho más barato y seguro que en un cohete. La tecnología de elevadores espaciales ahora se está probando en la vida real en el experimento japonés STARS-Me (abreviatura de Mini elevador robótico satelital autónomo con anclaje espacial), que llegó a la Estación Espacial Internacional el 27 de septiembre a bordo de la nave espacial de carga robótica HTV-7 de Japón .
El concepto del elevador al espacio similar al frijol se remonta a un "experimento mental" de 1895 del pionero espacial ruso Konstantin Tsiolkovsky. Desde entonces, tales "megaestructuras" a menudo han aparecido en la ciencia ficción. El problema clave en la creación de ascensores espaciales es construir un cable lo suficientemente fuerte como para resistir las fuerzas extraordinarias que encontraría. ['Pillar to the Sky': A Space Elevator Q&A with Author William Forstchen]
Una opción natural para construir un cable de ascensor espacial son las tuberías de carbono de solo nanómetros o mil millonésimas de metro de ancho. Investigaciones anteriores han encontrado que tales nanotubos de carbono pueden resultar 100 veces más fuertes que el acero con una sexta parte del peso.
Sin embargo, actualmente, los científicos pueden fabricar nanotubos de carbono de solo 21 pulgadas (55 centímetros) de largo como máximo. Una alternativa es usar materiales compuestos cargados con nanotubos de carbono, pero estos no son lo suficientemente fuertes por sí mismos.
Ahora, los investigadores han sugerido que inspirarse en la biología puede ayudar a los ingenieros a construir ascensores espaciales utilizando materiales existentes. "Con suerte, esto inspirará a alguien a intentar construir el ascensor espacial", dijo a Space.com el coautor del estudio Sean Sun, ingeniero mecánico de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore.
Inspiración bio-ascensor
Los científicos señalaron que cuando los ingenieros diseñan estructuras, a menudo requieren los materiales para que estas estructuras funcionen a la mitad de su resistencia máxima a la tracción, o menos que eso. Este criterio limita las posibilidades de que las estructuras fallen, porque les da margen para manejar variaciones en la resistencia del material o circunstancias imprevistas. [¿Alguna vez dejaremos de usar cohetes para alcanzar el espacio?]
En contraste, en humanos, el tendón de Aquiles soporta rutinariamente tensiones mecánicas muy cercanas a su
resistencia a la tracción. La biología puede llevar los materiales a sus límites debido a los mecanismos de reparación continua, dijeron los investigadores.
"Con la reparación automática, las estructuras de ingeniería se pueden diseñar de manera diferente y más robusta", dijo Sun.
Por ejemplo, el motor que impulsa los flagelos en forma de látigo que usan muchas bacterias para la propulsión "gira a aproximadamente 10,000 rpm [revoluciones por minuto], pero también repara activamente y entrega todos sus componentes en escalas de tiempo de minutos". Dijo Sun "¡Es como si conduje por la carretera a 160 km / h [100 mph] mientras saca los motores y la transmisión para reemplazarlos!"
Los investigadores desarrollaron un marco matemático para analizar cuánto tiempo podría durar un elevador espacial si partes de su correa experimentaran una ruptura al azar, pero la megaestructura poseía una reparación automática
mecanismo. Los investigadores descubrieron que un elevador espacial altamente confiable era posible utilizando materiales existentes actualmente si se sometía a tasas moderadas de reparación, como por ejemplo de robots.
Por ejemplo, dada la fibra sintética comercial conocida como M5, "es posible una correa de masa de 4 mil millones de toneladas", dijo Sun. "Esto es aproximadamente 10,000 veces la masa del edificio más alto [del mundo], Burj Khalifa. Más realista, algo como un compuesto de carbono y nanotubos hará el trabajo".
Sun y el autor principal del estudio, Dan Popescu, estudiante de doctorado en la Universidad Johns Hopkins, detallaron sus hallazgos el miércoles (17 de octubre) en el Journal of the Royal Society Interface.
