Elevador espacial lunar

Hay dos puntos en el espacio donde el puerto de acoplamiento de un elevador podría mantener una posición estable, sincrónica a 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 realicen 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 necesitarían 1.000 kg de contrapeso, 26.000 km más allá de L1. (Un contrapeso más pequeño en un cable más largo, por ejemplo, 100 kg a una distancia de 230.000 km, más de la mitad del camino a la Tierra, tendría el mismo efecto de equilibrio). Sin la gravedad de la Tierra para atraerlo, el kilogramo más bajo de un cable L2 requeriría 1.000 kg de contrapeso a una distancia de 120.000 km desde la Luna. La distancia promedio entre la Tierra y la Luna es de 384,400 km.

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]

Debido a la menor gravedad de la Luna y la falta de atmósfera, un elevador lunar tendría requisitos menos estrictos para la resistencia a la tracción del material que compone su cable que un cable atado a tierra. Un elevador basado en la Tierra requeriría materiales de alta resistencia al peso, que son teóricamente posibles pero que aún no se han fabricado en la práctica (por ejemplo, nanotubos de carbono). Sin embargo, se podría construir un elevador lunar 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.[5]

En comparación con un elevador espacial de la Tierra, habría menos restricciones geográficas y políticas en la ubicación de la conexión de 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 la evidencia sugiere que podría haber agua congelada en cráteres profundos que nunca ven la luz solar. De ser así, esto podría ser recolectado y convertido en combustible para cohetes.[6]

Un método para obtener los materiales necesarios de la luna a la órbita sería el uso de vehículos robóticos de escalada. Estos vehículos consistirían en dos ruedas grandes que presionan contra las cintas del elevador para proporcionar suficiente fricción para el levantamiento. Los escaladores se pueden configurar para cintas 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 el primer porcentaje de la distancia a L1. La potencia que requeriría un escalador para atravesar la cinta cae en proporción a la proximidad al punto L1. Si un escalador de 540 kg viajara a una velocidad de quince metros por segundo, para cuando llegara al siete por ciento 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 de la cinta 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, adjuntarlo a la cinta.[7]

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 ".[8]

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

El ex-presidente 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.[9] Como señaló el presidente Bush, "el suelo (lunar) contiene materias primas que podrían recolectarse y procesarse 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.[10]
• Establecimiento de campamento base en el punto de Lagrange. En este entorno libre de gravedad podemos construir hábitats y equipos de masa arbitraria. Teniendo solo 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]

• Colonización de la Luna

• Una revisión introductoria del entero gamut de skyhook contraptions por Arthur C. Clarke