martes, 30 de septiembre de 2008

Torres espaciales

Hace años que la construcción de torres de varios km de altura es posible, pero su elevadísimo coste(varios billones) ha hecho inviable su construcción.

Material modernos como los composites de carbono/epoxy permitirían la construcción de torres de hasta 114 km de altura, con una proporción altura/base de 20, es decir una torre de 100 km de altura tendría que tener una base de 5 km.




Estas torres superaltas( hasta 50 km), servirían de plataforma de lanzamiento de carga hasta una amarra espacial rotatoria o un ascensor espacial cuyo extremo inferior termine en la parte superior de la atmósfera.




Varias torres mediante un maglev podrían servir de lanzamiento de vehículos al espacio, desde una altura donde se evitaría mas del 80% de la atmósfera.




Aparte de esto estas torres tendrían mas aplicaciones que se comentan mas adelante.

Siguiendo con el tema de las torres espaciales voy a comentar el concepto de torre espacial electroestática de Alexander A.Bolonkin del que he hablado ya, que soluciona parte de los problemas de las torres normales y que al ir mas allá se convierte en un sustituto del ascensor espacial.
Básicamente en una torre hinchable que se mantiene en pie gracias a la presión interior de un gas de electrones.

El gas de electrones tiene unas propiedades diferentes a un gas molecular. Un gas de electrones puede tener una presión diferente en un mismo volumen concreto, la presión depende de la intensidad eléctrica, y esta pude ser diferente en diferentes partes de un mismo volumen.

Como se ve en el dibujo la torre electroestática AB(1) es un cilindro hinchable con unas capas dieléctricas(8)(10), en cuyo interior hay una capa conductora fina(9), cargada positivamente, dentro del tubo hay un gas de electrones(12), el tubo esta separado en secciones por una delgada partición(11). La capa conductora permite acelerar(o frenar) las cabinas(3) a cualquier velocidad , las fuerzas electroestáticas impiden que la cabina se separe del tubo.
En la base tendría sujeciones(4) para resistir el viento troposferico. Por el medio pasa un laser de control(13)


La presión del gas de electrones compensa el peso del tubo a lo largo de este, de forma que la torre AB no sufre esfuerzo de compresión longitudinal sino que sufre una fuerza de traccion(6) longitudinal, que la hace mantenerse en pie, lo que hace que a diferencia del ascensor espacial pueda tener una altura de 37.000 sin necesidad de un contrapeso, si la altura supera la orbita geoestacionaria(5) la fuerza centrífuga colabora aun mas en mantener en pie la torre.

La presion del gas es maxima cerca del tubo y cero en el centro(asi como la intensidad electrica),y la carga positiva de la capa interior se equilibra con la carga negativa del gas.

La torre puede tener cualquier altura desde unos pocos km(3-100) hasta una altura considerable (37000-120000 km).

Sus usos podrían ser los siguientes:
-plataformas de observación y entretenimiento. Los turistas podrían ver una amplia zona, incluido el negro del espacio y la curvatura del horizonte.
-sustituto de los satélites de comunicaciones de orbita baja(LEO). De seis a diez torres AB de 100 km de altitud darían al cobertura de la constelación de satélites LEO con mayor potencia, permanencia y posibles mejoras.
-plataformas para rectenas, que permitirían recibir energía con mayor eficiencia de los futuros sps a una frecuencia mas alta
-observatorios permanentes que competirían con los observatorios aerotransportados y observatorios espaciales.
-experimentación y ocio aprovechando la posibilidad de varios minutos en caída libre que ofrecerían.
-plataformas de lanzamiento y aterrizaje de naves espaciales.


Presenta ciertas ventajas respecto al ascensor espacial:

-pueden ser construidas desde la Tierra sin necesidad de cohetes. Esto reduce el costo miles de veces.
-puede tener cualquier altura y una gran capacidad de carga.
-pueden tener la altura de la orbita geosincrona sin necesidad de continuar la torre hasta una altura mucho mayor para hacer de contrapeso.
-el peso de la torre AB es varias decenas menor que el ascensor espacial.
-pueden ser construidas con un material menos resistente que el necesario para el ascensor espacial.
-las torres AB pueden tener rápidos elevadores electroestáticos movidos por un alto voltaje desde la superficie de la Tierra.
-son mas seguras contra el impacto de micrometeoritos, un impacto solo crearía un pequeño agujero en al torre, el escape de electrones se compensaría con inyección de electrones.
-la torre puede ser doblada en la dirección necesitada dando el voltaje necesario en la parte adecuada de la torre.


Por dar un ejemplo una torre AB de 120.000 km con una base de 10 metros tendría una masa de 10.000 toneladas, poco en comparación con los 3.000.000 de toneladas de la torre de la CNN en Toronto de solo 553 metros de altura.

Para entrar mas en profundidad leed el paper original"Optimal Electrostatic Space Tower"

15 comentarios:

DarkSapiens dijo...

Impresionante, aunque tendría que leer el artículo original para mirarlo mejor.

¿Dices que la torre electrostática se construiría desde el suelo, o lo he entendido yo mal? ¿Serviría ese método para aquellas que miden miles de kilómetros?

Darkrosalina dijo...

Muy bueno, Gouki. No es la primera que oigo hablar de proyectos así, pero lo he entendido bien. Hace tiempo para cubrir grandes extensiones de agua, como bahías o rios anchos, se usaban transbordadores en lugar de construir un puente como es debido. Con la atmósfera, parece que tambien va ser lo mismo. ¿Cuándo diremos "adiós" al transbordador espacial?¿Cuándo construiran esa maravilla?¿Y quién?

Gouki dijo...

darksapiens

a mi tambien me parecio impresionante cuando lo lei.(como la mayoria de los proyectos de Bolonkin)
supongo que si tienes una torre que ya funciona de x altura, puedes utilizar el elevador que sube por la torre, para subir el material con el que construirias mas niveles,y la ventaja de la torre AB es que el material es muy ligero.

darkrosalina.

este diseño no se, pero el priemr ascensor espacial se quiere construir para la decada de los 20.
tanto el ascensor como las torres AB mas altas dependen de la creacion de nanotubos de carbono de suficiente longitud,(creo que el limite minimo son 30 cm) y por ahora solo se consiguen de un par de cm,asi como una reduccion de precios en su produccion y producion en masa mucho mayor.
pero se estan dando grandes avances.

quien?las empresas privadas van a tener un papel vital, y el papel de los gobiernos espero que no sea unilateral sino por parte conjunta de muchos.
de todas formas los primeros ascensores solo serviran para carga, hay problemas que surgen si quieres transportar personas, como el paso por los cinturones de van allen, problema cuya solucion hablare en otra entrada.

Darkrosalina dijo...

OK, gouki. Esos cinturones ya dieron mucha guerra a los de las misiones Apolo.

Gouki dijo...

tampoco dieron tanta guerra, lo cruzaron en menos de media hora, pero segun la velocidad en el ascensor tardarian muchas horas.

Wis_Alien dijo...

Joer que cosa más impresionante!! Pero seguro que puede llegar a tanta altura como comentas en la entrada?? Y seguro que la presión interna puede soportar el peso de la misma?? Y cómo??

El ascensor espacial me parece un proyecto todavía a largo plazo, pero esto de las torres AB lo veo a varios siglos de distancia...

Gouki dijo...

tu siempre tan optimista;)

una de 120 000 km pesaria 300 veces menos que la torre de Toronto, que solo tiene 500 metros, de hcho tambien pesaria miles de veces menos que el ascensor espacial, si ves un problema de peso, y este es mayor en el AE, porque dices que la torre AB la ves mas dificil?

en el enlace tienes calculos.

Wis_Alien dijo...

Gouki, ya sabes que yo soy un poco raro pa estas cosas. xDD

No pienso que sea más complicado la torre que el ascensor por el peso, sino por la tecnología. El tener un gas electrónico confinado dentro y que tenga la presión adecuada en miles de kilómetros sobrepasa todos mis límites...

Miraré bien el enlace a ver...

Saludos ;)

Gouki dijo...

pero no tienes que soportar la presion en todo en tubo de 120 mil km el tubo esta separado en pequeñas partes(11 en el dibujo), asi que solo tienes que confinar el gas en un sitio pequeño.

Wis_Alien dijo...

Pero el 11 no es la partición entre los compartimentos donde va el gas de electrones?? Es lo que dices en la entrada. Si todo el sistema está construido así tendrías que tener el gas en todo el tubo... Estoy entendiendo algo mal?? :S

Gouki dijo...

lo estas entendiendo bien, pero no es los mismo un tubo de 100 mil kilometros con un unico compartimento lleno de gas que un tubo de 100 mil km dividido en cientos de compartimentos, los requerimientos a la hora de mantener la presion del gas del interior cambia totalmente

Wis_Alien dijo...

Aaahhh!!! Eso me parece "mucho más mejor". xDD Ya comprendo mejor el funcionamiento.

Ahora el problema será conseguir tanto gas, no?? Además si queremos que abajo tenga mucha más presión necesitamos meterle mucha más cantidad.

Gouki dijo...

**The computation for our case give Me = 10 -5 kg. That is very small value for gigantic towertube
120 thousands km of height.**

es decir que la masa del gas de electrones es de solo 10 miligramos, para una torre de 120.000 km!!!

recuerda de un gas de electrones no se comporta como un gas molecular,quizas el imaginarte un tubo lleno de gas como helio o hidrogeno lleve a confusion. la presion depende de la intensidad electrica que puede ser diferente en diferentes partes de un msimo volumen, la intensidad electrica en una torre AB seria de E = 100 MV/m-150 MV/m.
quizas el mayor problema seria que te quedases sin suministro electrico.

a partir de una orbita geosincrona,la porcion de la torre que esta por encima de este punto sufre una fuerza centrifuga, y por lo tanto la torre entera se estira, incluida la parte inferior, asi que una torre de 120 mil km necesita una presion del gas menor que una torre de 35 mil km.

se puede decir que los requerimientos aumentan segun aumentas la altura hasta llegar hasta GEO, despues se reducen.

Wis_Alien dijo...

Perfecto Gouki, entendido perfectamente :)

Pues va a resultar que no es tan complicado realizar la torre esta... Quizá cuando tengamos centrales de fusión sea mucho más fácil ya que podremos tener más energía y no tendríamos posibles problemas con el suministro.

Gouki dijo...

digo yo que si tienes una torre asi, la energia solar en orbita sera cosa de niños, XD.

aun asi torres de 100 km ya tendrian muchas aplicaciones.
por lo demas seria bastante espectacular no crees?ver construcciones tan titanicas subir hasta el cielo!!

La vida ha colonizado cada rincón de la Tierra, ya es hora de ayudarla a colonizar todo el sistema solar.