Ascensore spaziale: quanto siamo vicini alla rivoluzione?

”L’immaginazione è più importante della conoscenza. La conoscenza è limitata, l’immaginazione abbraccia il mondo, stimolando il progresso, facendo nascere l’evoluzione”. Così ha affermato il celeberrimo scienziato Albert Einstein in una intervista del 1929.
La storia della scienza è ricca di esempi in cui l’immaginazione ha preceduto la realizzazione effettiva di un progetto. L’ascensore spaziale è una di quelle idee che potrebbero in un futuro diventare realtà tangibili. Esso è un piano ingegneristico che affonda le radici nel tardo ‘800. Nel corso degli anni ha subito diverse modifiche adattandosi di volta in volta alle disponibilità tecniche del periodo.

Cos’è?

Un ascensore spaziale è una struttura atta al trasporto di merci dalla superficie terrestre allo spazio orbitale o interplanetare. L’idea, ben lontana dalla realizzazione, stimola la fantasia di ingegneri e fisici dal tardo ‘800,  quando lo scienziato russo  Ciolkovskij lo immaginò per la prima volta.
Nella sua prima concezione, l’ascensore, somigliava ad una torre alta circa 35 000 km, da utilizzare come “ponte verticale” verso lo spazio. Intorno al 1980, l’idea della torre venne sostituita da quella di un cavo.
Nonostante le formulazioni più moderne e i progressi nell’ambito dei materiali da costruzione, il progetto è una sfida importante, al limite delle nostre attuali capacità tecnologiche.

Come funziona?

Esistono diverse varianti di ascensore che differiscono per dettagli tecnici riguardanti materiali da costruzione, alimentazione e geometria della struttura. Tutti però hanno in comune la composizione generale.
Nella sua schematizzazione più immediata, l’ascensore è costituito da una lunga fune ancorata ad un’estremità della superficie terrestre e all’altra a un oggetto detto contrappeso. Il contrappeso ha la funzione di sfruttare la forza centrifuga, dovuta alla rotazione della terra, per tenere in tensione il cavo.
Un altro elemento imprescindibile è l’arrampicatore, il vettore vero e proprio, necessario a trasportare gli oggetti. Esso è assimilabile alla cabina di un ascensore.
Tuttavia, mentre la cabina è fissa e lo spostamento è causato dallo scorrimento della fune, l’arrampicatore, come suggrisce il nome, si muove lungo la fune stessa che in questo caso si mantiene immobile.

Problematicità

Perchè a distanza di 130 anni dalla sua apparizione in letteratura, questa idea non è riuscita a trovare ancora una vera e propria base al fine della sua realizzazione? La risposta risiede nelle difficoltà tecniche a cui bisogna far fronte.

Il cavo

La prima concerne il cavo,  che per sorreggere una struttura simile deve possedere delle caratteristiche fisiche ben precise.
Sarebbe necessario coniugare l’estrema resistenza a sollecitazioni meccaniche e ad un peso per unità di metro che sia il minore possibile.
Queste caratteristiche sono in forte contrasto fra loro. Infatti la maggiore resistenza si traduce inevitabilmente in maggiore massa che a sua volta, per essere sostenuta, ha bisogno di maggiore robustezza.
Per ovviare a questo problema sarebbe necessario utilizzare un cavo più snello alle estremità e più spesso al centro, dove gli sforzi di trazione sono maggiori.
Per avere un senso della misura, si pensi che i calcoli più recenti riportano che la resistenza alla tensione ideale è di 100GPa (unità di misura) ma da un punto di vista economico sarebbe economicamente insostenibile.

Viene di seguito riportata una comparazione con altri materiali da costruzione:

• Kevlar: 2.1-4.1GPa
• Acciaio: 5GPa
• Fibre di quarzo: 20 GPa
• Nanotubi di carbonio: 63 GPa (valore teorico)

Una delle opzioni più convenienti risiede nei nanotubi di carbonio i quali, oltre ad essere estremamente resistenti, sono anche sei volte più leggeri dell’acciaio.
Tuttavia, il valore di 64 GPa è estremamente difficile da ottenere in laboratorio e comunque sempre in quantità lontane da quelle necessarie per la realizzazione del progetto.

L’arrampicatore

Affinchè il progetto possa essere realizzabile, l’arrampicatore deve essere in grado di spostarsi in modo autonomo lungo il cavo.
La difficoltà però, è quella di alimentare sistemi che trasportino per migliaia di chilometri carichi dell’ordine delle tonnellate.
Le batterie attuali non possono essere impiegate a causa della bassa densità di energia che le caratterizza; sono infatti troppo pensati e inefficienti.
Le azioni di trascinamento elettromagnetico, in cui interviene anche il cavo, sono da scartare a causa della natura dei materiali con cui quest’ultimo dovrebbe essere costruito.
Altre soluzioni propongono una trasmissione a distanza di energia attraverso laser e microonde, sistemi che, pur presentando delle difficoltà nella dissipazione del calore, sembrano essere per il momento la strada più promettente.

Il contrappeso

Anche la costruzione e il posizionamento del contrappeso sono problemi da non sottovalutare. Basti pensare a quanti lanci di vettori tradizionali sarebbero necessari per assemblare un contrappeso sufficientemente massiccio per servire allo scopo. Per ovviare, si potrebbe pensare di catturare qualche asteroide e posizionarlo nella giusta orbita, ma anche questa idea presenta delle difficlotà tecniche notevoli.
La soluzione migliore sembra essere quella che vede come contrappeso il cavo stesso. Infatti, se fosse sufficientemente lungo, sarebbe possibile sfruttare la sua stessa massa per tenerlo in tensione.

Scienza o fantascienza?

L’acensore spaziale, oltre ad essere un importante obiettivo dal punto di vista scientifico, possiede in sè un notevole valore simbolico per l’umanità tutta e rappresenterebbe un successo tecnologico che ci capulterebbe in una nuova Era dell’esplorazione spaziale.
Il suo fascino ha ispirato gli scrittori nella realizzazione di opere come ”Il grande ascensore di cristallo” di Roald Dahi del 1972, “Le fontane del paradiso” (1979) e “L’occhio dell’universo” (2009) di Arthur C. Clarke.
Anche i videogiochi hanno avuto e continuano ad avere un ruolo importante nella diffusione dell’ascensore spaziale al grande pubblico. Basti pensare a Mass effect 3, halo 2, halo 3, kilzone 3.

Gianluca Randò

Fonti

• https://it.wikipedia.org/wiki/Ascensore_spaziale
• https://edgy.app/
• The Orbital Tower: A Spacecraft Launcher Using the Earth’s Rotational Energy