Tuesday, October 04, 2005

Stanford EE201: El ascensor espacial

La EE201 es la asignatura de charlas obligatorias que tenemos todos los que cursamos el master en Electrical Engineering (MSEE). Basicamente traen oradores externos para dar charlas sobre temas de actualidad de nuestra ingenieria.

Las dos primeras han sido bastante interesantes, así que he pensado en contar brevemente de que fueron.

En la primera, basicamente aparte de introducir la asignatura, nos estuvo hablando del Segway. Para los que no lo sepan el segway es un medio de transporte individual que permite transportar a las personas por entornos relativamente reducidos.


Segway%20004

Fue inventado hace ya unos años, y evidentemente, con el precio que tiene no se ha extendido mucho. El trasto cuesta unos 2500$, alcanza una velocidad cercana a los 25 Km/h, y tiene una autonomia de unos 10 o 15 Km. Con esas características, el mercado es muy limitado.

Pero lo que hace especial al Segway es su forma de manejo, que es extraordinariamente divertida. Resulta, que al mirar la foto pensarías que lo controla por algun mando en la mano, y os preguntaríais porque no se cae si solo tiene dos ruedas. Pues bien, ni una ni otra.
Cuando uno sube al Segway, mediante una serie de giroscopios mide hacia donde se esta desplazando tu cuerpo (por ejemplo si te vas hacia delante) y entonces mueve las ruedas para que mantengas la verticalidad. De esta manera si te echas hacia delante, avenza, y si te echas hacia atras retrocede. Lo gracioso es que hagas lo que hagas nunca te puedes caer (mientras este encendido y hago esta aclaración porque Bush intento subirse estando apagado y se fue de morros.... sí, ese tio tiene el dedo sobre el botón rojo).

Resulta que Stanford se compró uno de estos juguetes bajo no se que excusa de que iban a probar a cambiarle las baterias por celulas fuel,y ahora lo tiene de juguete el profesor del grupo que lo compró y va por el campus con él. Es este tio de la foto:

segway

Nos dijo que cada semana mandaría un mail a un grupo de gente y nos dejaría jugar con el cacharro un ratito, así que espero tener una foto en un segway antes de acabar el curso.

La segunda charla vino un orador de la Spaceward Foundation, una organización sin animo de lucro involucrada principalmente en la promoción de la idea del ascensor espacial.

Un ascensor espacial es basicamente una cinta de un metro de ancho y apenas un centimetro de grosor, que va desde la tierra hasta bastante más allá de la orbita geoestacionaria, que se encuentra a 36.000 Km. Debido a la rotación de la tierra, esta cinta se mantiene tensa, igual que si giraras una pelotita atada con una cuerda. Al estar tensa, basta con construir un robot que trepe por ella para tener un ascensor espacial.

La cinta se prepara para que el centro de masas este en orbita geoestacionaria (36.000Km) de manera que gira sincronamente con la Tierra. Para que esto sea así, y debido al propio peso de la cinta, esta tiene que tener una longitud de 100.000 Km. La cinta esta sometida en su parte baja a la gravedad, y en su parte más alta a la fuerza centripeta, por ello tiene que tener una resistencia brutal. Esa necesidad fue la que hizo que esta idea se mantuviera como ciencia ficción entre los 60 y los 90. En ese momento se descubríeron los nanotubos de carbono, un material hiperligero y mucho más resistente que cualquier cosa que se haya fabricado. Con este materail la NASA realizó un nuevo estudio, donde al parecer tuvo mucho que ver el autor de ciencia ficción Arthur Clarke. El concepto de Clarke era demasiado grande y costoso (para empezar implicaba capturar un asteroide) y se descartó. Pocos años más tarde desde el instituto de Los Alamos (donde se inventó la bomba atómica) Brad Edwards relanzó el proyecto, y en el 2001 publicó The Space Elevator, donde se detalla todo el proyecto. El tema interesó al instituto de conceptos avanzados de la NASA que relanzó algunos estudios, y desde entonces varios grupos publicos y privados se interesaron por el tema.
Tener el material adecuado no soluciona todos los problemas de la cinta, puesto que otra dificultad en la construcción de la cinta es el hecho de que el conjunto pesa 1500 toneladas que hay que subir al espacio y dejar caer. Una vez abajo, la cinta se ataría a un barco en el oceano, o una plataforma similar a una petrolera.

Construida la cinta, falta el tema de los ascensores, que por ser más facil esta mucho más avanzado. Al no poder tirar cables, y tener limitaciones de peso considerables, la solución adoptada es mediante celulas fotovoltaicas. Pero el problema es que el sol no da bastante energía, así que la solución actual consiste en poner una serie de laseres monocromaticos en tierra, y una serie de celulas fotovoltaicas mirando a tierra. La transmisión es bastante eficiente, y permite que estos ascensores puedan subir cargas de 20 toneladas a casi 180Km/h sin ningun tipo de vibración. Actualmente hay varios concursos de diseño organizados por la spaceward foundation y el instituto de conceptos avanzados de la NASA.

Dichas ya las inombrables dificultades tecnicas del proyecto pasemos a las administrativas: un proyecto así requiere en las previsiones más optimistas 10 billones de dolares (algo así como 3 o 4 veces el presupuesto anual de la ESA, o sea, como construir una nueva flota de 4 Shuttles). Cuando ha hablado tanto del nuevo Crew Exploration Vehicle de la NASA para ir a la luna y marte, y el Klipper ESA-Rusia para la ISS y la luna, parece más bien dificil que en los proximos 15 o 20 años decidan cambiar sus planes e invertir en el ascensor espacial.

Por último, estan los problemas de seguridad. El tema de un ataque humano, sería más o menos dificil puesto que se presupone que esta en el oceano con algun portaviones defendiendolo. El tema de asteroides o basura espacial, se solucionaría si se tuviera como base un barco, ya que se podría desplazar el ascensor sin perturbas a los ascensores apenas. Incluso si esto fallara, lo peor que podría pasar es que se destruyera el ascensor, puesto que la parte más elevada ardería en la reentrada a la atmosfera, y al estar en el oceano, no hay nadie alrededor a quien le caiga la parte más baja.

Ya expuestas todas las dificultades, hablemos de las ventajas: TODAS. El ascensor espacial permitiría subir cargas de 20 toneladas a un ritmo de un lanzamiento cada semana (unas 1000 toneladas anuales). No solo eso sino que ademas, por su longitud, cualquier ascensor que supera los 36000 Km, es impulsado por la fuerza centripeta, y sigue subiendo sin invertir energía, y una vez en la punta la energía cinetica con la que saldría desprendida la nave permitiría llegar a marte sin haber gastado ni una gota de combustible. Ademas el ascensor es uno de los pocos sistemas escalables que existe, se pueden usas los propios ascensores para subir mas placas de nanotubos de carbono y hacer que el ascensor pueda subir aun más peso. El coste del lanzamiento se dividiría por 1000. Saliendo entre 10$ y 2000$ el kilo. Al tener un acceso al espacio a ese precio se pueden plantear todo tipo de negocios, desde turisticos hasta lanzamiento masivo de sistemas de telecomunicaciones. No solo eso, sino que sería mucho más facil construir nuevos ascensores. La ascensión es sin ninguna vibración y sin apenas rozamiento, lo que permite subir piezas no aerodinamicas como piezas de estaciones espaciales.

Hay varios grupos de empresas privadas, entre ellos Liftport group que esan muy interesadas en este concepto, aunque implique capital privado (lo que en mi opinión sería una pena). Y la spaceward foundation se dedica basicamente a promocionar el concepto buscando dinero de las empresas privadas para realizar investigación.
El hombre trata de vender (y lo hace con gran convencimiento) que con 10 billones de dolares y 10 años de trabajo el ascensor podría estar operativo empezando desde ya.

Ya para finalizar, os dejo el video de introducción que explica lo que es un ascensor espacial.

4 comments:

Meg said...

Yo no acabo de ver terminado/construído el ascensor espacial, es que es un poco de risa, como aquella broma de Jose Antonio Abellán en la Jungla a unos que ponían antenas "parambólicas" y que les pedía que movieran el Hispasat un poco a la izquierda, con una cuerda gorda de metal, porque no sintonizaba bien los canales en su casa...

Quizá sea por mi mentalidad de persona de letras ajena a toda lógica matemática, aritmética y física.

Macc said...

Hola Javier,
Que bueno saber que estés interesado en el proyecto del Ascensor Espacial. Debo suponer que debes tener una serie de razones ideológicas por las cuales no deseas que el proyecto sea desarrollado por nosotros, una empresa del sector privado, y las respeto.
En todo caso te invito a que visites nuestra página, te suscribas a nuestro boletín informático, leas nuestro blog y participes en nuestro foro. Todas las voces son bienvenidas, aun cuando tengan posiciones diferentes a las nuestras.

Meg, también estas invitada. Creedme, lo he visto en los últimos 4 años; no hay medio de comunicación que no se nos haya aproximado escéptico y termine totalmente convencido (e impresionado) sobre la viabilidad del proyecto.

Si tienen alguna duda o consulta, ¡avísenme! Me pueden escribir a manuel.cuba@liftport.com

Saludos,
Manuel Antonio Cuba
Latin America Research Coordinator
Liftport Group

FEDERICO said...

Me surgen una serie increible de preguntas- amén de que soy legao e ignorante en la materia - una de ellas es la electricidad estática, en un monstruos de más de 10,000 Km de longitud ¿Qué manejo se le va a dar a la electricidad estática que en esta escala supongo producirá diferenciales realmente épicos, que, en caso de haber perturbaciones harían paracer a las mas espantosas tormentas eléctricas de la Tierra como juego de niños...asimismo como se ruteará esta mole para que no colisione con los miles y miles de chatarras cósmicas que flotan en órbita baja???? problemas realmente épicos, pero NUNCA HABIA OIDO HABLAR de ello y me parece que es lo MÁS LÓGICO Y RAZONABLE ya que con la acelaración centrífuga que esto genera se podrán despachar enoormes artificios al espacio exterior..
Yo me dedico al manejo de carga y Comercio Exterior en mi país y junto con varios colegas nos hemos puestos a debrayar sobre el tema de la carga espacial (Progress, Shuttle etc,)esto es ECOLOGICO, simplemente formidable...

federico said...

Otra pregunta, ¿qué tan factible es emplear los diferenciales de potencial electrostático que existirían en un tendido de varios miles de Km que atravesaría diversas capas atmosféricas para una co-generación de energía.
Pregunta 2 , a que altitud aproximada es que se ubica el punto de equilibrio EN EL CUAL LA GRAVEDAD TERRESTRE DEJA DE EJERCER SU INFLUENCIA MAYORITARIAMENTE Y COMIENZA A ACTUAR LIBREMENTE LA FUERZA CETRÍFUGA ya que si no consideramos esto pouede ser que hasta los 40 y tantos mil kilómetros de altitud se libere la centrífuga lo que hace INCOSTEABLE el proyecto...