Cosa succede se si rompe un ascensore spaziale

Rhett Allain

Nel primo episodio della serie Foundation su Apple TV, vediamo un terrorista che tenta di distruggere l'ascensore spaziale utilizzato dall'Impero Galattico. Sembra una grande occasione per parlare della fisica degli ascensori spaziali e per considerare cosa accadrebbe se uno esplodesse. (Suggerimento: non sarebbe bello.)

Alla gente piace mettere cose oltre l'atmosfera terrestre: ci permette di avere satelliti meteorologici, una stazione spaziale, satelliti GPS e persino il telescopio spaziale James Webb. Ma in questo momento, la nostra unica opzione per portare materiale nello spazio è legarlo a un'esplosione chimica controllata che di solito chiamiamo "un razzo".

Non fraintendetemi, i razzi sono fantastici, ma sono anche costosi e inefficienti. Consideriamo cosa serve per portare un oggetto da 1 chilogrammo nell'orbita terrestre bassa (LEO). Si trova a circa 400 chilometri sopra la superficie della Terra, più o meno dove si trova la Stazione Spaziale Internazionale. Per portare questo oggetto in orbita, devi realizzare due cose. Per prima cosa devi sollevarlo per 400 chilometri. Ma se aumentassi solo l'altitudine dell'oggetto, non rimarrebbe nello spazio a lungo. Cadrebbe semplicemente sulla Terra. Quindi, in secondo luogo, per mantenere questa cosa in LEO, deve muoversi molto velocemente.

Solo un breve ripasso sull’energia: risulta che la quantità di energia che immettiamo in un sistema (lo chiamiamo lavoro) è uguale alla variazione di energia in quel sistema. Possiamo modellare matematicamente diversi tipi di energia. L'energia cinetica è l'energia che un oggetto possiede grazie alla sua velocità. Quindi se aumenti la velocità di un oggetto, aumenterà l'energia cinetica. L'energia potenziale gravitazionale dipende dalla distanza tra l'oggetto e la Terra. Ciò significa che aumentando l'altitudine di un oggetto aumenta l'energia potenziale gravitazionale.

Quindi supponiamo che tu voglia utilizzare un razzo per aumentare l'energia potenziale gravitazionale dell'oggetto (per portarlo alla giusta altitudine) e anche aumentare la sua energia cinetica (per portarlo alla velocità). Entrare in orbita è più una questione di velocità che di altezza. Solo l’11% dell’energia sarebbe nell’energia potenziale gravitazionale. Il resto sarebbe cinetico.

L'energia totale per portare in orbita solo quell'oggetto da 1 chilogrammo sarebbe di circa 33 milioni di joule. Per fare un confronto, se prendi un libro di testo dal pavimento e lo metti su un tavolo, ci vogliono circa 10 joule. Ci vorrebbe molta più energia per entrare in orbita.

Andy Greenberg

Ngofeen Mputubwele

Giuliano Chokkattu

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Ma il problema in realtà è ancora più difficile di così. Con i razzi chimici, non hanno solo bisogno di energia per portare in orbita quell'oggetto da 1 chilogrammo: i razzi devono anche trasportare il carburante per il viaggio in LEO. Finché non bruciano questo carburante, è essenzialmente solo una massa extra per il carico utile, il che significa che devono lanciare con ancora più carburante. Per molti razzi reali, fino all’85% della massa totale può essere costituito semplicemente da carburante. È estremamente inefficiente.

E se, invece di essere lanciato su un razzo chimico, il tuo oggetto potesse semplicemente salire su un cavo che arriva fino allo spazio? Questo è quello che accadrebbe con un ascensore spaziale.

Supponiamo che tu abbia costruito una torre gigante alta 400 chilometri. Potresti salire in ascensore fino in cima e poi saresti nello spazio. Semplice, vero? No, in realtà non lo è.

Innanzitutto, non è possibile costruire facilmente una struttura come questa in acciaio; il peso probabilmente comprimerebbe e farebbe crollare le parti inferiori della torre. Inoltre, richiederebbe enormi quantità di materiale.

Ma questo non è il problema più grande: c'è ancora il problema della velocità. (Ricorda, devi muoverti molto velocemente per entrare in orbita.) Se ti trovassi in cima a una torre di 400 chilometri con la base da qualche parte sull'equatore terrestre, ti staresti davvero muovendo, perché il pianeta sta ruotando: questo è proprio come il movimento di una persona all'esterno di una giostra che gira. Poiché la Terra ruota circa una volta al giorno (c'è una differenza tra rotazione siderale e sinodica), ha una velocità angolare di 7,29 x 10-5 radianti al secondo.