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    Un cavo dalla Luna alla Terra

    Con la tecnologia attuale, affermano i ricercatori, si possono costruire ascensori spaziali in grado di ridurre drasticamente i costi per raggiungere l’orbita bassa terrestre. 

    di ArXiv

    Come sostengono Zephyr Penoyre dell’Università di Cambridge nel Regno Unito e Emily Sandford della Columbia University di New York, forse il più grande ostacolo all’espansione dell’umanità in tutto il sistema solare è il costo proibitivo per sfuggire all’attrazione gravitazionale della Terra.

    Il problema è che i motori a razzo funzionano generando una spinta al veicolo spaziale che si muove nella direzione opposta alla massa. Questa operazione richiede enormi volumi di propellente, che alla fine viene eliminato, ma deve ugualmente subire un’accelerazione insieme al veicolo spaziale.

    Il risultato è che mettere un singolo chilogrammo in orbita costa decine di migliaia di dollari. Arrivare sulla Luna e oltre è ancora più costoso. Quindi la ricerca è impegnata a trovare modi più economici per arrivare in orbita.

    Un’idea è quella di costruire un ascensore spaziale, vale a dire un cavo che si estenda dalla Terra all’orbita bassa terrestre e che fornisca un modo per “arrampicarsi” nello spazio. Il grande vantaggio è che la salita può essere alimentata da energia solare e di conseguenza non richiederebbe carburante a bordo.

    Ma rimane un grosso problema. Tale cavo dovrebbe essere incredibilmente robusto. I nanotubi di carbonio sono un candidato potenziale, a condizione di durare abbastanza a lungo. Ma le opzioni oggi disponibili sono ancora imperfette.

    Penoyre e Sandford, sostengono che la loro versione di un ascensore spaziale, che chiamano spaceline, potrebbe essere costruita con materiali già disponibili in commercio.

    Ma facciamo un passo indietro. Un elevatore spaziale tradizionale consiste in un cavo ancorato al suolo da estendere oltre l’orbita geosincrona, a circa 42.000 chilometri sopra la Terra.

    Tale cavo avrebbe una massa considerevole. Quindi, per evitare che cada, 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, senza ottenere risultati. Nessun materiale noto è abbastanza forte per far fronte alla tensione della gravità terrestre, né la seta di ragno, né il Kevlar, nemmeno i più moderni polimeri di fibra di carbonio.

    Ipotesi di ascensore spaziale.

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

    La grande differenza è legata alle forze centrifughe. Un ascensore spaziale convenzionale farebbe una rotazione completa ogni giorno, in linea con la rotazione terrestre. Ma la navicella spaziale con base lunare orbiterebbe solo una volta al mese, un ritmo molto più lento con forze corrispondentemente inferiori.

    Inoltre, le forze sono disposte diversamente. Nell’estensione dalla Luna alla Terra, la spaceline passerebbe attraverso una regione dello spazio in cui la gravità terrestre e lunare si annullano a vicenda.

    Questa regione, nota come punto di Lagrange, è la caratteristica centrale di una spaceline. Sotto di essa, più vicino alla Terra, la gravità tira il cavo verso il pianeta. Ma sopra di essa, più vicino alla Luna, la gravità tira il cavo verso la superficie lunare.

    Penoyre e Sandford mostrano che l’estensione del cavo dalla Luna fino alla superficie terrestre genera forze che sono troppo grandi per i materiali di oggi. Ma il cavo non deve estendersi su tutta questa lunghezza per essere utile.

    Il principale risultato dei ricercatori è far vedere che i materiali più resistenti che si conoscono oggi – i polimeri di carbonio come Zylon – potrebbero supportare comodamente un cavo che si estende dalla Luna all’orbita geosincrona. A loro parere, in via di principio, un cavo lungo lo spessore di una matita potrebbe essere ancorato alla Luna ad un costo valutabile in miliardi di dollari.

    È chiaramente un progetto ambizioso ma non inverosimile per le moderne missioni spaziali. “Estendendo una linea, ancorata da una parte sulla Luna e dall’altra alla profondità del pozzo gravitazionale terrestre, si può costruire un cavo stabile e percorribile che consenta il libero movimento dalle vicinanze della Terra alla superficie della Luna”, affermano Penoyre e Sandford.

    I risparmi sarebbero enormi. “Si ridurrebbe il consumo di carburante necessario per raggiungere la superficie della Luna di due terzi rispetto al valore attuale”, dicono i due ricercatori.

    Inoltre si aprirebbe una nuova regione dello spazio all’esplorazione: il punto di Lagrange. Sarebbe uno sviluppo interessante perché sia la gravità che il gradiente di gravità in questa regione sono zero, il che la rende una zona molto più sicura per portare avanti progetti di costruzione. Al contrario, il gradiente di gravità nell’orbita terrestre bassa rende le orbite molto meno stabili.

    “Se si lascia cadere uno strumento dalla Stazione Spaziale Internazionale, si allontanerà rapidamente”, fanno notare Penoyre e Sandford. “Il punto di Lagrange ha un gradiente quasi trascurabile nella forza gravitazionale, quindi lo strumento rimarrà nelle vicinanze del luogo di caduta per un periodo molto più lungo”.

    Un altro vantaggio, continuano Penoyre e Sanford, è che non ci sono detriti significativi. “Il punto di Lagrange è rimasto al di fuori delle precedenti missioni e le orbite che passano qui sono caotiche, riducendo notevolmente la quantità di meteoroidi”.

    Per questi motivi, i due ricercatori affermano che l’accesso al punto di Lagrange è un grande vantaggio della spaceline. “Il campo base nei punti di Lagrange è la mossa più importante da intraprendere per l’esplorazione dello spazio umano in generale perché consentirebbe di intraprendere una nuova generazione di esperimenti spaziali: si potrebbero immaginare telescopi, acceleratori di particelle, rilevatori di onde gravitazionali, parchi naturali, sistemi di generazione di energia e punti di lancio per missioni nel resto del sistema solare”.

    Nel suo complesso, il lavoro dei due ricercatori apre prospettive interessanti sulla fattibilità economica di un ascensore spaziale. 

    ArXiv

    (rp)

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