Elevador espacial lunar

Un elevador espacial lunar, también conocido como ascensor espacial lunar, se plantea como un sistema de transporte propuesto para alcanzar la Luna. Este concepto implica el movimiento vertical de un vehículo mecánico a lo largo de un cable o cinta, que se encuentra anclada en un extremo a la superficie lunar. En el extremo opuesto del cable, se ubica un puerto de acoplamiento suspendido a distancias de decenas de miles de kilómetros en el espacio exterior.[1]

Diagrama que muestra los ascensores espaciales lunares ecuatoriales y polares que pasan por L1. Un elevador L2 reflejaba esta disposición en el lado lunar, y la carga que cae desde su extremo se arrojaría hacia el sistema solar.

Desde un punto de vista conceptual, se asemeja a la noción de un ascensor espacial con base en la Tierra. Sin embargo, dado que la gravedad en la superficie lunar es considerablemente menor que en la Tierra, se requiere una adaptación de los materiales y tecnología ya existentes para dispositivos terrestres con el fin de construir un sistema de elevador lunar de este tipo. En un elevador lunar, el cable debe extenderse significativamente más allá de la superficie lunar hacia el espacio, en contraste con un ascensor terrestre. A pesar de estas diferencias, la función primordial de un sistema de elevador espacial es idéntica en ambos casos: proporcionar un medio de transporte controlado y reutilizable para el traslado de cargas útiles e incluso personas entre una estación base ubicada en el fondo de un campo gravitacional y un puerto de acoplamiento en el espacio exterior.

Un elevador lunar podría reducir significativamente los costes y mejorar la confiabilidad de los equipos de alunizaje suave en la superficie lunar. Por ejemplo, permitiría el uso de unidades de propulsión de bajo empuje y alta eficiencia de masa, como los motores de iones que de otra manera no podrían alunizar. Dado que el puerto de acoplamiento estaría conectado al cable en un entorno de microgravedad, estos cohetes podrían llegar al cable desde la órbita terrestre baja (LEO) y ser lanzados desde la Tierra con motores que tendrán un mínimo de combustible. Con los cohetes convencionales, el combustible necesario para llegar a la superficie lunar desde LEO es superior en muchas veces a la masa que finalmente aterriza en la Luna, por lo que el elevador podría reducir en gran medida los costes de lanzamiento de cargas destinadas a la superficie lunar.[2]

Ubicación

Hay dos puntos en el espacio donde el puerto de acoplamiento de un elevador podría mantener una posición estable sincronizada con la Luna: los puntos de Lagrange L1 y L2 de la Tierra y la Luna. L1 está a 58.021 ± 3.183 km del lado de la Luna que mira hacia la Tierra (en el ecuador lunar) y L2 está a 64.517 ± 3.539 km del centro del lado opuesto de la Luna, en la dirección opuesta. En estos puntos, el efecto de la gravedad de la Luna y el efecto de la fuerza centrífuga resultante de la rotación sincrónica y rígida del cuerpo del sistema del ascensor se cancelan entre sí. La estabilidad gravitacional de estos puntos de Lagrange no es permanente (L1 y L2 están en equilibrio inestable a lo largo de una línea recta entre la Tierra y la Luna) pero mientras se realizan pequeños ajustes «inerciales» para tener en cuenta las pequeñas perturbaciones gravitacionales, cualquier objeto colocado allí puede permanecer estacionario.[3][4]

Ambas posiciones están sustancialmente más arriba que los 36.000 km desde la Tierra hasta la órbita geoestacionaria. Además, el peso de la extremidad del sistema de cable que se extiende hacia la Luna tendría que ser equilibrado por la extensión del cable, y la rotación lenta de la Luna significa que la extremidad superior tendría que ser mucho más larga que para un sistema basado en la Tierra, o ser superado por un contrapeso mucho más masivo. Para suspender un kilogramo de cable o carga útil justo por encima de la superficie de la Luna se necesitan 1.000 kg de contrapeso, 26.000 km más allá de L1. Un contrapeso más pequeño en un cable más largo, tendría el mismo efecto de equilibrio. Por ejemplo, 100 kg de contrapeso a una distancia de 230.000 km (más de la mitad del camino a la Tierra, ya que la distancia promedio entre la Tierra y la Luna es de 384,400 km). Sin la gravedad de la Tierra para atraerlo, en L2 requeriría 1.000 kg de contrapeso a una distancia de 120.000 km desde la Luna.

El punto de anclaje de un elevador espacial normalmente se considera que está en el Ecuador. Sin embargo, hay varios casos posibles para ubicar una base lunar en uno de los polos de la Luna. Una base en un pico de luz eterna podría aprovechar la energía solar casi continua, por ejemplo, o pequeñas cantidades de agua y otros volátiles pueden quedar atrapados en fondos de cráteres permanentemente sombreados. Un elevador espacial podría estar anclado cerca de un polo lunar, aunque no directamente en él. Se podría usar un tranvía para llevar el cable hasta el polo, con una baja gravedad de la Luna que permite torres de soporte mucho más altas y vanos más anchos entre ellos de lo que sería posible en la Tierra.

A medida que se construye el elevador espacial lunar, que se extiende desde el punto de equilibrio L1 o L2, la punta inferior de la cinta del elevador espacial alcanzará naturalmente la superficie en el Ecuador. Los filamentos adicionales se pueden bajar y remolcar con un vehículo de superficie hacia los polos, y anclado en picos de montañas que sean convenientes en la latitud donde son tangentes a la superficie. Estas cintas adicionales no solo hacen que el elevador espacial lunar sea redundante y a prueba de fallas, sino que se extenderán de pico a pico de las montañas lunares hasta que alcancen bases mineras cerca de los polos. Esto crearía conexiones directas entre las bases polares de minería y refinación y las estaciones de lanzamiento más allá de L1 y L2.[4]

Fabricación

Debido a la menor gravedad de la Luna y la falta de atmósfera, un elevador lunar no tendría requisitos tan estrictos para la resistencia a la tracción del material que compone su cable, que ese mismo cable sujeto a la Tierra. Un elevador en la Tierra requeriría materiales de alta resistencia por unidad peso, que son teóricamente posibles, pero que aún no se han fabricado (por ejemplo, nanotubos de carbono). Sin embargo, se podría construir un elevador desde la Luna utilizando fibras de para-aramida de alta resistencia, producidas en masa y comercialmente disponibles (como Kevlar y M5) o fibra de polietileno de peso molecular ultra alto.

En comparación con un elevador espacial desde la Tierra, habría menos limitaciones geográficas y políticas para la ubicación de la conexión en superficie. El punto de conexión de un elevador lunar no necesariamente tendría que estar directamente debajo de su centro de gravedad, e incluso podría estar cerca de los polos, donde posiblemente hay agua congelada en cráteres profundos, en los que nunca llega la luz solar. De ser así, esta agua podría ser recogida y convertida en combustible para cohetes.

Vehículos de ascenso

Un método para obtener los materiales necesarios de la luna a la órbita sería el uso de vehículos robóticos de escalada. Estos vehículos consistirán en dos ruedas grandes que presionan contra las cintas del elevador para proporcionar suficiente fricción para el levantamiento. Los vehículos escaladores se pueden configurar para cables horizontales o verticales.

Las ruedas serían accionadas por motores eléctricos, que obtendrían su energía de la energía solar o de la energía emitida. La potencia requerida para subir la cinta dependería del campo de gravedad lunar, que cae proporcionalmente la distancia a L1. La potencia que requeriría un vehículo escalador para atravesar el cable o cinta cae en proporción a la proximidad al punto L1. Si un vehículo escalador de 540 kg viajara a una velocidad de quince metros por segundo, para cuando llegara al 7% del camino hasta el punto L1, la potencia requerida se reduciría a menos de cien vatios, en comparación con los 10 kilovatios en la superficie.

Un problema con el uso de un vehículo con energía solar es la falta de luz solar durante algunas partes del viaje. Durante la mitad de cada mes, los paneles solares en la parte inferior del cable estarán en la sombra. Una forma de solucionar este problema sería lanzar el vehículo en la base con una cierta velocidad y luego en el pico de la trayectoria, adjuntar a la cinta.[5]

Perfil de corte transversal

Los diseños de elevadores espaciales para la Tierra típicamente tienen un estrechamiento de la cuerda que proporciona un perfil de tensión uniforme en lugar de una sección transversal uniforme. Debido a que el requerimiento de resistencia de un elevador espacial lunar es mucho más bajo que el de un elevador espacial de la Tierra, es posible la construcción de una sección transversal uniforme para el elevador espacial lunar.

El estudio realizado para el Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA afirma que "los materiales compuestos actuales tienen alturas características de unos pocos cientos de kilómetros, lo que requeriría relaciones de estrechamiento de aproximadamente 6 para Marte, 4 para la Luna y aproximadamente 6000 para la Tierra. La masa de la Luna es lo suficientemente pequeña como para que se pueda construir un elevador espacial lunar de sección transversal uniforme, sin ningún tipo de inclinación".[6]

Usos posibles

Los materiales de la Tierra pueden enviarse a la órbita y posteriormente a la Luna para ser utilizados por las bases e instalaciones lunares.

El expresidente de los Estados Unidos, George W. Bush, en un discurso sobre su visión para la exploración espacial, sugirió que la Luna podría servir como un sitio rentable de construcción, lanzamiento y alimentación para futuras misiones de exploración espacial.[7] Como señaló el presidente Bush, "el suelo (lunar) contiene materias primas que podrían recolectarse y transformarse en combustible para cohetes o en aire respirable".

Los materiales lunares enviados a la órbita terrestre consistirán en una variedad de recursos lunares:

  • Regolito lunar a HEO para blindaje y construcción general.
  • Plagioclasa lunar, feldespato, anortita, etc., para la construcción en la órbita terrestre.
  • Agua lunar, oxígeno, aluminio y azufre a LEO para depósitos de propelentes.
  • Agua lunar desde los polos hasta las bases lunares para soporte vital.[8]
  • Establecimiento de campamento base en el punto de Lagrange. En este entorno libre de gravedad podemos construir hábitats y equipos de masa arbitraria. Teniendo sólo un pequeño equipo de científicos e ingenieros en dicho campamento base permitiría la construcción manual y el mantenimiento de una nueva generación de experimentos basados en el espacio.[3]

Véase también

Referencias
  1. «Lunar space elevator». ScienceDaily (en inglés). Consultado el 4 de marzo de 2022.
  2. «Cómo funcionaría el "ascensor a la Luna" propuesto por investigadores de las universidades de Cambridge y Columbia». BBC News Mundo. Consultado el 11 de junio de 2022.
  3. Penoyre, Zephyr; Sandford, Emily (25 de agosto de 2019). «The Spaceline: a practical space elevator alternative achievable with current technology». arXiv:1908.09339 [astro-ph, physics:physics]. Consultado el 12 de noviembre de 2019.
  4. «LUNAR SPACE ELEVATORS FOR CISLUNAR SPACE DEVELOPMENT». p. 5. Archivado desde el original el 24 de octubre de 2018. Consultado el 17 de diciembre de 2018.
  5. «LUNAR SPACE ELEVATORS FOR CISLUNAR SPACE DEVELOPMENT». p. 18,19. Archivado desde el original el 24 de octubre de 2018. Consultado el 17 de diciembre de 2018.
  6. Pearson, Jerome; Eugene Levin; John Oldson & Harry Wykes (2005). «Lunar Space Elevators for Cislunar Space Development Phase I Final Technical Report» (PDF). Archivado desde el original el 24 de octubre de 2018. Consultado el 17 de diciembre de 2018.
  7. «President Bush Announces New Vision for Space Exploration Program». NASA. 14 de enero de 2004. Consultado el 17 de junio de 2009.
  8. «LUNAR SPACE ELEVATORS FOR CISLUNAR SPACE DEVELOPMENT». p. 27. Archivado desde el original el 24 de octubre de 2018. Consultado el 17 de diciembre de 2018.

Enlaces externos


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