Ascensor espacial: entre la realidad y la ficción

El ascensor espacial parece uno de esos conceptos sacados de una obra de ciencia ficción. Aunque es un mecanismo muy común en las novelas, seguramente no tengas tan claro si podríamos llevarlo a la realidad. Así que vamos a intentar descubrirlo…

La idea del ascensor espacial

Konstatin Tsiolkovsky.
Crédito: Autor desconocido

La idea del ascensor espacial no es, ni siquiera, algo moderno, pese a lo que podría parecer. El primer científico en plantearlo fue Konstantin Tsiolkovsky en 1895. Está considerado uno de los padres de la astronáutica. Es posible que la idea sea incluso anterior a él, aunque no está claro. El ascensor espacial es un sistema de transporte. Por su nombre, te puedes hacer una idea de cuáles son sus principales componentes y cuál es su cometido.

Nos permitiría transportar material a la órbita geosíncrona sin necesidad de usar cohetes. En esencia, se compone tan solo de cuatro elementos: un ancla, en el ecuador; un contrapeso (en el espacio); el cable que conecta ambos puntos, y el escalador, que sería la plataforma de transporte del material. Aunque lo llamamos ascensor, no se parece a los que conocemos. En el sentido de que en este caso no son los cables los que se mueven. En su lugar, una especie de cabina es la que va trepando y descendiendo por el cable para transportar (o pasajeros).

Todo esto suena muy bien sobre el papel, pero seguro que se te ocurren mil inconvenientes. La primera y quizá más obvia: ¿Qué altura tendría y cómo se mantendría en su lugar para poder usarlo? Se extendería más allá de la órbita geosíncrona (35.786 kilómetros). Es la distancia a la que hay que poner un satélite para que esté siempre sobre el mismo punto de la Tierra. La segunda es, ¿cómo demonios puede funcionar y mantenerse sujeto?

Cómo funciona un ascensor espacial

Concepto artístico de un ascensor espacial con una estación espacial de contrapeso.
Crédito: NASA

Aquí entran en juego dos factores diferentes, en la parte más cercana a la superficie, la gravedad hace el trabajo. En la parte más alta, es la fuerza centrífuga hacia el exterior/arriba la responsable. Ambas permiten mantener el cable firme, en tensión y estacionario sobre un único punto de la Tierra. De tal manera que puede ser utilizado para mover material en un sentido u otro. En este aspecto, la parte teórica no tiene demasiado misterio.

A lo largo de los años ha habido diferentes propuestas sobre cómo se podría construir algo así. Desde utilizar un satélite geoestacionario que sirva como base, desde el que se entregaría el cable hasta la superficie, como propuestas en las que el sistema es el inverso. Pero estamos hablando de una estructura tremenda. Más de 35.000 kilómetros de cable que tiene que ser capaz de soportar su propio peso, más el peso del escalador. Es decir, necesitamos que sea un material muy fuerte, pero al mismo tiempo muy ligero, una combinación difícil.

Para la base suele plantearse utilizar una plataforma en el océano. Principalmente por la movilidad (se podría mover para evitar amenazas de tormentas, impactos de basura espacial, huracanes, etcétera). Aunque hay otras posibilidades (como construir una torre en lo alto de una montaña). Mientras que para el contrapeso se han propuesto desde ideas disparatadas para nuestra tecnología actual (un asteroide capturado), como una estación espacial (más allá de la órbita geoestacionaria) como, simplemente, extender el propio cable.

La dificultad del cable

Concepto artístico del ancla de un ascensor espacial.
Crédito: LiftPort

De esta manera, el propio cable (que en algunos casos tendría que llegar hasta los 100.000 kilómetros de distancia de la Tierra) actuaría como contrapeso. También se podrían usar incluso los restos sobrantes de la propia construcción del ascensor para esa función. Pero de todo esto, quizá sospeches ya que lo realmente interesante (y complicado) está en el cable. Tiene que ser capaz de soportar su peso más el de los escaladores, y encima en diferentes puntos de esos 35.000 kilómetros tiene que enfrentarse a diferentes cosas.

En algunos puntos, tiene que aguantar su propio peso. En otros, sin embargo, tiene que actuar como una fuerza, que empuje hacia abajo, para retener el cable y el contrapeso por encima de ese punto. El punto de mayor tensión, por raro que suene, estaría en la órbita geosíncrona. A medida que descendamos hacia la tierra, ese grosor va disminuyendo. Pero en cualquier caso estamos hablando de un cable que de por si sería muy fino, de apenas unos pocos metros de grosor, y quizá ni eso (tan solo uno).

De ahí que necesitemos un material muy fuerte y ligero. El cable del ascensor espacial debería ser capaz de soportar, a nivel del mar, 4.960 kilómetros de su propio peso, sin romperse, para poder llegar a la altura geoestacionaria. El titanio y el acero, por ejemplo, se rompen a los 20-30 kilómetros. La fibra de carbono (y el kevlar) nos llevan solo a entre 100 y 400 kilómetros. Los nanotubos de carbono, sin embargo, se cree que podrían aguantar hasta los 5.000 o 6.000 kilómetros, y además pueden conducir electricidad.

En busca del material ideal

Concepto artístico de un escalador subiendo por encima de las nubes.
Crédito: LiftPort

Pero es un material en el que hay mucho trabajo que hacer. De momento, apenas se ha logrado hacer tubos de unas pocas decenas de metros. E, incluso aunque los pudiésemos hacer de kilómetros, necesitamos que a nivel microscópico sean perfectos. Literalmente. Porque cualquier defecto microscópico supondría la rotura del cable. En cuanto al elevador en sí, o escalador, o cabina, hay diferentes diseños, pero la mayoría proponen sujetarse al cable por medio de la fricción.

Si bien es cierto que hay varios factores que tenemos que tener en cuenta. Por ejemplo, si acelerase demasiado, rompería el cable. Además, cuanto más ascendemos por el cable, mayor velocidad horizontal adquirimos (por la rotación). A 23.000 kilómetros de altura, si soltásemos un objeto, tendría una órbita elíptica que lo llevaría desde esa altura a casi entrar en la atmósfera de la Tierra.
Sin embargo, cuanto más subamos, más circular se volvería esa órbita, de tal manera que en la órbita geoestacionaria sería circular.

Si te vas aún más allá, la velocidad te podría permitir escapar de la órbita de la Tierra a otros destinos (y abarataría costes de lanzamientos). Lo más curioso, quizá, es que al subir por el cable le quitas velocidad de rotación a la Tierra (por algo llamado efecto Coriolis). Al subir, te mueves más lento que cada sección del cable a la que subes, y reduces la velocidad de rotación del planeta. Al descender, sucede todo lo contrario. En cualquier caso, sería un efecto casi imperceptible.

Algunos factores importantes

Diagrama del funcionamiento de un ascensor espacial y los factores que actuarían sobre él.
Crédito: Wikimedia Commons / Skyway

El cable en si mismo (o la parte que actúa de contrapeso, mejor dicho) se comporta como un péndulo. En este caso, moviéndose en torno al punto fijo en la superficie. Así que a la hora de subir y bajar cargas, habría que tener en cuenta este factor. De otro modo, nos cargaríamos un cable de 35.000 km. No he logrado encontrarla en castellano, pero la ilustración que acompaña este párrafo lo explica muy bien (la curvatura del cable está muy exagerada, eso sí). Detalla todo lo que actuaría sobre el cable y los diferentes factores.

Como curiosidad, se ha calculado que a 300 km/h, el viaje desde la superficie de la Tierra hasta la órbita geoestacionaria sería de 5 días. Que, en cualquier caso, no tiene por qué ser un inconveniente, teniendo en cuenta que podría abaratar mucho los costes de salir al espacio. Además, si se optase por utilizar el propio cable como contrapeso, y nos fuésemos mucho más allá de la órbita geoestacionaria, algo lanzado a 53.000 kilómetros de distancia tendría velocidad de escape.

Es decir, el propio ascensor podría ser una especie de lanzadera espacial. Nos daría una forma muy útil de mandar sondas y material a la Luna, o a los puntos de Lagrange, así como a lugares más lejanos como Júpiter. En definitiva, su construcción sería muy util. Sin embargo, no solo la construcción es un reto (ahora mismo no tenemos la tecnología para hacerlo). Su mantenimiento tampoco es algo que ignorar. Por poner un ejemplo, ningún avión podría volar cerca del cable (aunque eso tampoco sería un gran problema).

Los peligros a los que se enfrentaría un ascensor espacial

Concepto artístico de un ascensor espacial con su ancla en el mar.
Crédito: LiftPort

Los micrometeoritos, los asteroides y la basura espacial, son solo algunos de los riesgos. Podrían cortar el cable y destruirlo. Los huracanes y otros fenómenos atmosféricos serían amenazas bastante serias (aunque una plataforma móvil se podría encargar de esto). Luego está, por supuesto, el peor escenario: el fallo terminal. Es decir, para que nos entendamos, que el cable se rompe. ¿Qué pasa en ese caso? Pues depende de dónde se rompa…

Si es por encima de 25.000 kilómetros, el cable caería sobre la Tierra, alrededor del ecuador. No sería bonito (los escaladores arderían en la atmósfera, seguramente, etc). En fin, sería un jaleo de mucho cuidado. Si se rompe en algún punto hasta esos 25.000 kilómetros, entonces la parte inferior se cae al planeta, y la superior se iría a una órbita más alta. Y el escenario más curioso… Si se rompiese cerca del punto de anclaje, el cable saldría volando.

El contrapeso lo sacaría de la atmósfera a una órbita más alta o, directamente, fuera de la órbita del planeta. En definitiva… que la construcción no es una idea de locos, pero es muy complejo. A día de hoy, no conozco ninguna propuesta en firme para construir un ascensor espacial (aunque ha habido diferentes iniciativas dedicadas a su estudio, como Liftport). Quizá pasen décadas hasta que se llegue a plantear en serio la construcción de un sistema así.

Los cohetes reutilizables y un ascensor espacial en Marte

Una puesta de sol en Marte.
Crédito: NASA’s Mars Exploration Rover

A fin de cuentas, SpaceX y otras empresas espaciales están trabajando en abaratar los costes de los lanzamientos espaciales, y el lanzamiento de cohetes es algo que dominamos desde hace décadas. Sea como fuere, lo que queda claro es que, de una manera u otra, en el futuro tendremos maneras más sencillas y accesibles de viajar al espacio. Veremos si es con lanzamientos mucho más frecuentes y baratos, o con un ascensor espacial… aunque parece poco probable.

No quiero terminar el artículo sin hablar del ascensor espacial en otros lugares del Sistema Solar. Como quizá sospeches, esta misma idea es aplicable a otros planetas, así como satélites e incluso asteroides. Sin ir más lejos, un ascensor en Marte sería mucho más corto. Su gravedad es solo el 38% de la de la Tierra, pero tarda más o menos el mismo tiempo en rotar sobre sí mismo. Así que la órbita estacionaria está mucho más cerca de la superficie.

De hecho, los materiales de los que ya disponemos servirían. Son lo suficientemente fuertes para construir un ascensor allí. Eso sí, no todo van a ser buenas noticias. En la parte negativa, Fobos, uno de los satélites del planeta rojo, nos plantearía un serio desafío. Su órbita es baja y atraviesa el ecuador con frecuencia. Lo hace dos veces en cada período orbital alrededor del planeta. Y solo tarda 11 horas y 6 minutos en dar una vuelta.

El ascensor espacial en la Luna y en asteroides

La Luna.
Crédito: Gregory H. Revera

Por otro lado, también podríamos construirlo en nuestro satélite. De nuevo, nos encontramos con que podríamos utilizar materiales existentes. Tendría una longitud de unos 50.000 kilómetros. Como no rota lo suficientemente rápido, no hay una órbita estacionaria en torno a la Luna. Eso sí, se podría utilizar alguno de los puntos de Lagrange. El lado cercano a la Tierra atravesaría el punto L1 del sistema Tierra-Luna, desde el centro del lado visible.

Si optásemos por construirlo en el lado más lejano, tendría que ser mucho más largo. Alrededor de unos 70.000 kilómetros de longitud. Eso sí, como la gravedad de nuestro satélite es muy baja, se podrían utilizar materiales ya conocidos. Los asteroides también podrían ser lugares de construcción. En ellos, los ascensores espaciales nos permitirían llevar material con facilidad a lugares como la órbita de la Tierra.

En definitiva, el ascensor espacial es un concepto tradicional de la ciencia ficción, pero no es imposible. Su construcción con la tecnología actual sería muy complicada, sin embargo. Cabe suponer que en las próximas décadas, este tipo de proyectos podrían cobrar vigor. Todo depende de cómo avance nuestra experiencia con materiales como los comentados aquí. Así como su coste frente al de los cohetes reutilizables, que por suerte parecen ir viento en popa…

Referencias: Wikipedia