Ascensore spaziale: saliamo e scendiamo dall'ISS

L'ascensore spaziale, è il progetto ipotetico di un dispositivo simile ad un ascensore che servirebbe però a portare carichi in orbita. L'ascensore spaziale è quindi lunghissimo, decine di migliaia di chilometri e, a differenza degli ascensori ordinari, il cavo portante è immobile e la cabina si muove su di esso.
Un ascensore spaziale sulla Terra permetterebbe di inviare materiale ed astronauti nello spazio (esempio. sull'ISS) ad un costo pari ad una frazione del costo odierno. Costruirne uno richiederebbe comunque un grande progetto, e l'ascensore dovrebbe essere costruito con un materiale che possa resistere a sollecitazioni notevolmente elevate, mentre contemporaneamente dovrebbe essere leggero, poco costoso e facile da produrre. Un considerevole numero di altri nuovi problemi ingegneristici, politici e soprattutto economici, dovrebbe anche essere risolti per rendere possibile l'ascensore spaziale. Purtroppo la tecnologia odierna non ha ancora queste capacità, ma alcuni ottimisti ritengono che l'ascensore spaziale potrebbe diventare una realtà nei decenni a venire. Chissà forse un giorno vedremo questo spettacolo grazie ad un ascensore spaziale!

Non lontano dalla realtà: nella storia
Il concetto di ascensore spaziale apparve per la prima volta nel 1895 quando lo scienziato russo Konstantin Ciolkovskij fu ispirato dalla Torre Eiffel di Parigi a prendere in considerazione una torre che raggiungesse lo spazio. Egli immaginò di piazzare un "castello celestiale" all'estremità del cavo, con il "castello" che orbitava intorno alla Terra in un'orbita geosincrona (ovvero il castello sarebbe rimasto nello stesso punto sulla superficie terrestre). La torre avrebbe dovuto essere alta circa 35.800 km.
I commenti di Nikola Tesla suggeriscono che anch'egli potrebbe aver concepito una simile torre. Le sue note furono inviate oltrecortina dopo la sua morte.
La torre di Ciolkovskij sarebbe stata capace di lanciare oggetti in orbita senza usare un razzo. Dato che l'ascensore avrebbe ottenuto una velocità orbitale a mano a mano che risaliva il cavo, un oggetto rilasciato dalla cima della torre avrebbe anch'esso avuto la velocità necessaria per rimanere in orbita geosincrona.
La costruzione partendo dal suolo si è dimostrata comunque un'impresa impossibile: non esisteva un materiale con una sufficiente resistenza alla compressione da sostenere il suo stesso peso in tali condizioni. e come all'epoca precisiamo che anche oggi non esiste ..
Nel 1957 uno scienziato sovietico, Jurij Arcutanov, concepì un metodo più realistico per costruire una torre spaziale. Arcutanov suggerì di utilizzare un satellite geosincrono come base dalla quale costruire la torre. Utilizzando un contrappeso, un cavo sarebbe stato abbassato dall'orbita geostazionaria fino alla superficie della Terra mentre il contrappeso veniva esteso dal satellite allontanandolo dalla Terra, mantenendo il centro di massa del cavo immobile rispetto alla Terra. Arcutanov pubblicò la sua idea nel supplemento domenicale della Komsomolskaja Pravda nel 1960.
Produrre un cavo lungo oltre 35.000 km è tuttavia un'impresa non facile. Nel 1966 quattro ingegneri statunitensi proposero uno studio sul tipo di materiale adatto per costruire un cavo portante, presumendo che la sua sezione fosse uniforme su tutto il percorso. Essi trovarono che il carico di rottura necessario avrebbe dovuto essere il doppio di quello di qualunque materiale esistente, inclusi grafite, quarzo e diamante.
Nel 1975 lo scienziato americano Jerome Pearson progettò una sezione nastriforme che sarebbe stata più adatta a costruire la torre. Il cavo completo sarebbe stato più spesso al centro di massa, dove la tensione era maggiore, e sarebbe stato più stretto alle estremità per ridurre la quantità di peso che la parte centrale avrebbe dovuto portare. Egli suggerì di usare un contrappeso che avrebbe dovuto essere esteso lentamente verso l'esterno, fino a 144.000 km (poco più di un terzo della distanza tra Terra e Luna) mentre la sezione inferiore della torre veniva costruita. Senza un grosso contrappeso, la porzione superiore della torre avrebbe dovuto essere più lunga della parte inferiore, a causa del modo in cui le forze gravitazionali e centrifuga cambiano con la distanza dalla Terra. La sua analisi incluse disturbi come la gravità della Luna, il vento e il movimento dei carichi trasportati lungo il cavo portante. Il peso del materiale necessario per costruire la torre avrebbe richiesto migliaia di viaggi dello Space Shuttle - sebbene parte del materiale avrebbe potuto essere trasportato usando la torre stessa, non appena un cavo con una minima capacità avesse raggiunto il terreno - o avrebbe potuto essere prodotto nello spazio utilizzando minerali lunari o asteroidali.
Arthur C. Clarke introdusse il concetto dell'ascensore spaziale a un pubblico più ampio nel suo racconto del 1979, Le fontane del Paradiso, nel quale gli ingegneri costruiscono un ascensore spaziale sulla cima di un picco montano sulla fittizia isola equatoriale di Taprobane (strettamente basata sul Picco di Adamo in Sri Lanka).

Non lontano dalla realtà: l'ascensore spaziale oggi
David Smitherman della NASA/Marshall's Advanced Projects Office ha pubblicato Space Elevators: An Advanced Earth-Space Infrastructure for the New Millennium, basato sulle scoperte pubblicate durante una conferenza sulle infrastrutture spaziali tenuta al Marshall Space Flight Center nel 1999.
Lo scienziato americano Bradley Edwards ha suggerito la creazione di un nastro sottile come la carta e lungo 100.000 km, che avrebbe una possibilità maggiore di resistere all'impatto con delle meteoriti. Il lavoro di Edwards si è espanso fino a prevedere lo scenario della costruzione, il progetto del climber (l'unità che si arrampica lungo il cavo), il sistema di trasmissione dell'energia, il metodo per evitare i detriti orbitali, il sistema di ancoraggio a terra, la resistenza all'ossigeno atomico, come evitare i lampi e gli uragani posizionando la piattaforma di ancoraggio nel Pacifico Equatoriale occidentale, i costi di costruzione, la tabella di costruzione e i pericoli per l'ambiente. Sono stati fatti piani per completare la progettazione ingegneristica, per lo sviluppo dei materiali e per iniziare la costruzione del primo ascensore. I fondi fino ad ora sono stati ottenuti attraverso una sovvenzione da parte del NIAC (NASA Institute for Advanced Concepts). I fondi futuri si ritiene verranno dalla NASA, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti d'America e soggetti pubblici e privati.
Il più grande impedimento tecnologico al progetto proposto da Edwards è il limite imposto dal materiale di cui sarebbe formato il cavo. I suoi calcoli richiederebbero una fibra composta da nanotubi di carbonio legati da una resina epossidica, con un carico di rottura minimo pari a 130 GPa; comunque, test condotti nel 2000 su nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) - che dovrebbero essere notevolmente più resistenti della corda legata con la resina epossidica - indicano che la massima resistenza realmente misurata in laboratorio è pari a 63 GPa, equivalente circa alla trazione di 6300 kg (in peso) per millimetro quadrato di sezione.
Riuscire a trasferire la resistenza delle miscrostutture di laboratorio, portando le dimensioni della struttura a metri, chilometri o anche migliaia di chilometri, è poi estremamente problematico, dato che la possibilità di inserire o al realizzarsi incidentale di disastrosi difetti micro o macro strutturali è molto elevata, perlomeno nella situazione attuale.

Un ascensore spaziale potrebbe essere costruito su alcuni pianeti, asteroidi e lune.
Un cavo Marziano potrebbe essere molto più corto rispetto a quello terrestre. La gravità di Marte è il 40 % della gravità terrestre, mentre la sua rotazione intorno al suo asse avviene all'incirca nello stesso periodo di tempo. A causa di ciò, l'orbita geostazionaria marziana è molto più vicina alla superficie, e quindi l'ascensore sarebbe molto più corto.
Un ascensore lunare non sarebbe così fortunato. Dato che la rotazione della Luna mantiene sempre la stessa faccia verso la Terra, il centro di gravità del cavo dovrebbe essere ai punti di Lagrange L1 o L2, che sono punti di stabilità speciali, che esistono tra ogni coppia di corpi in un'orbita, dove le forze gravitazionali e rotatorie si bilanciano. Il cavo punterebbe o in direzione della Terra (per il punto L1), oppure nella direzione opposta alla Terra (per il punto L2). Comunque, a causa della bassa gravità lunare, la massa totale del cavo sarebbe notevolmente inferiore a quella dell'ascensore terrestre, dato che sarebbe necessario meno materiale per fornire la resistenza necessaria a supportare il cavo stesso contro la gravità lunare. Senza un contrappeso il cavo "L1" dovrebbe essere lungo 291.901 km e il cavo "L2" dovrebbe essere lungo 525.724 km. Considerando che la distanza tra la Terra e la Luna è di 351.000 km, questo è un cavo molto lungo. Cavi molto più corti, forse non più del doppio della lunghezza della distanza di circa 60.000 km per i punti L1 o L2 del sistema Terra Luna sarebbero sufficienti se un grosso contrappeso, ad esempio di materiali di derivazione lunare, fosse piazzato all'estremità del cavo.
Asteroidi o lune dalla rapida rotazione potrebbero usare i cavi per lanciare materiali, in modo da poter muovere i materiali in posizioni di comodo, come l'orbita terrestre; o al contrario, di espellere del materiale per inviare il grosso della massa dell'asteroide o della luna nell'orbita terrestre o in un punto di Lagrange. Questo venne suggerito da Russell Johnston nel 1980. Freeman Dyson suggerì di utilizzare sistemi simili, ma molto più piccoli, come generatori di energia in punti lontani dal Sole, dove l'energia solare non è economica.