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"

Dispersión de vida en la vecindad solar

Mucho se ha hablado de la posibilidad de que la vida en un principio se originase en Marte y gracias a un impacto de un asteroide un fragmento lanzado desde la superficie tras un largo viaje alcanzase la tierra con formas de vida en su interior, así fertilizando nuestro planeta. La posibilidad contraria también pudo darse, es decir fragmentos de la Tierra con vida que llegaron de Marte, aunque de haberse dado, la primera es mas plausible.

Pero que hay de la posibilidad de que un meteorito cuyo origen estuviese fuera del sistema solar , sembrase la tierra con vida? O que varios meteoritos con vida cuyo origen fuese la Tierra sembrasen sistemas solares vecinos con vida?
Aunque es imposible que eso pueda ocurrir en las condiciones actuales, no pasa lo mismo si consideramos que nuestro sol no nació solo sino en grandes cunas estelares, donde permaneció junto a centenares de estrellas a distancias muchísimo menores que las actuales. La probabilidad en este caso aumentaría en 10^10(+-2) veces (segun calculos de los autores)

Cuando un asteroide impacta se producen temperaturas altísimas que llegan a vaporizar la roca, pero hay zonas que se libran de este calentamiento, y que son lanzadas superando la velocidad de escape del planeta, estos fragmentos al salir disparados a través de la atmósfera a esas velocidades altísimas sufren temperaturas altísimas que funden el exterior, si el fragmento es lo suficientemente grande, el calor no llega al interior, de esta forma las bacterias del interior no sufririan temperaturas que las matarían.

Un cuerpo así vagaría por el sistema solar e incluso podría ser lanzado fuera del sistema solar.

Las bacterias multiplicarían su esperanza de vida en gran medida si la capa derretida formase una capa aislante que aislase en interior del vació.

Para que un intercambio de cuerpos con formas de vida fuese posible la distancia entre estrellas tendría que ser mucho menor y la velocidad relativa entre estrellas baja.

Grandes criaderos estélares como el trapecio de Orion tiene una población tan densa de estrellas como 2200 estrellas por pársec cúbico, y una velocidad de dispersión de 2 km/s, se espera que se mantenga unido durante 250 millones de años. El cúmulo de Hyades de alrededor de 650 millones de años de antigüedad tiene una densidad de 2 estrellas por pársec cúbico con una velocidad de dispersión de 0.25 km/s.

Es posible que estas agrupaciones permanezcan hasta una edad de 1000 millones de años, tiempo en el que ya había vida en la Tierra, de esta forma es fácilmente plausible un dispersión por todos los sistemas solares del cúmulo de formas de vida. Una vez formada la vida en un primer planeta podría pasar a los demás y sembrar con vida buena parte de los sistemas solares del cúmulo.
Para ello bien vendría identificar las estrellas hermanas del sol que ahora se encuentran dispersas, y intentar buscar la huella de la vida en ellos.

En este papel GAIA tendrá un papel vital.

Una conclusión que podemos sacar en que quizás ,que de darse esto las bases bioquímicas de todas los seres que pueblen estos sistemas solares con origen común sea la misma.



Si quieres entrar mas profundamente en el tema de la entrada lee el paper de los autores de esta provocativa idea “Natural Transfer of Viable Microbes in Space from Planets in the Extra-Solar Systems to a Planet in our Solar System and Vice-Versa”

Salvar la Tierra colonizando el espacio.

Un juego de suma cero se da cuando uno tiene que perder para que otro pueda ganar, se puede decir que la Tierra en su totalidad es un juego de suma cero, los recursos de este planeta son limitados.
Ya somos mas de 6000 millones de personas , la población lejos de estabilizarse aumenta mas, mas concretamente la población mundial aumenta en 200.000 personas al día, y eso va a provocar que el deterioro sobre el medio ambiente sea cada vez mayor, mas aun si pensamos que esa mayoría de la población que ahora tiene un consumo mínimo querrá tener niveles( y los tendrá) de consumo como el del primer mundo.

¿Que pasara cuando 2000 millones de chinos e indios quieran tener un nivel de vida del mundo occidental?

Esta claro que en este planeta no habrá recursos para todos, y seguramente estos recursos serán fuente de conflictos, por no hablar de su precio, el petróleo se esta acabando, mas concretamente el petróleo barato y de fácil extracción, cuando China, India y otros países aumenten su consumo puede que veamos la actual subida de mas de 100 dólares por barril de petróleo una pequeñez.
También el nivel de deterioro sobre los ecosistemas por la mayor contaminación será cada vez mayor.

Actualización 25/07/10: Ya no pienso igual. Si creo que hay recursos para todos, incluso con una población mayor. El problema es el modo es que utilizamos esos recursos. Realmente es un problema tecnológico(por primitiva). Arrasamos grandes superficies de suelo para la agricultura y el ganado, esquilmamos los océanos, y luego transportamos todo contaminando y gastando energía. Agricultura vertical, carne in vitro y piscifactorías alojadas en ciudades solucionarían esto. La nanotecnología molecular transformara los residuos en recursos de primera. Pero esto no invalida lo que digo de la energía solar en orbita, que si depende de la colonización espacial.

¿Solución? Colonizar el espacio.

Hay una relación clara entre la disponibilidad de energía y la calidad de vida, y también hay una relación clara entre calidad de vida y natalidad.
Aquellas sociedades que tienen a su disposición la energía suficiente tienen una calidad de vida mejor.
Las sociedades que tienen una calidad de vida mejor, tienen una natalidad menor, lo podemos ver en occidente donde las parejas deciden tener solo 2 hijos o solo uno, algunas deciden incluso no tener hijos.
Si toda la población mundial tuviese a su disposición una fuente barata y abundante de energía podríamos esperar que su nivel de vida mejorase y por lo tanto la población mundial se estabilizase.
Y para esto la colonización del espacio tiene un papel vital, la construcción de estaciones SPS, (Solar Power Satellite) será posible si lo hacemos, se podrían fabricar miles de estaciones solares con material lunar en una orbita terrestre.
Para ello tendríamos que construir bases en la luna, desde allí se enviaría material a una orbita terrestre donde trabajadores construirían paneles solares, esos trabajadores vivirían allí, y para que eso fuese posible vivirían en habitats como los que diseño Gerard K. O'Neill.
Miles de personas podrían vivir en orbita fabricando paneles para suministrar energia a la Tierra.

Actualización 25/07/10: realmente pienso que la Luna es un buen sitio para hacer esto, pero creo que los asteroides NEO son una opción superior, por tener mayor variedad de elementos, y un pozo gravitatorio menor.

La colonización del espacio también tiene otra ventaja , podemos trasladar la mayor parte de la industria que esta ahora en la superficie a orbita, de esta forma el daño provocado por la contaminación se reduciría considerablemente en nuestro planeta.
Allí seriamos capaces igualmente de producir materiales que solo son posible en condiciones de microgravedad, materiales que después en la Tierra tendrían aplicaciones importantes.

Sin olvidarnos que podriamos minar la Luna y los asteroides para traer metales y otros recursos como el He3 que serian de gran valor.

Con el tiempo la estabilización de la población o incluso reducción , junto a la reducción del estrés causado por la contaminación, volvería a traer condiciones preindustriales a la Tierra.

A la par extenderíamos la biodiversidad terrestre por todo el sistema solar, pues nada impide que esos habitats de los que he hablado se extiendan lejos de la orbita terrestre, y también colonizaríamos Marte y la Luna.
Las ramas de la evolución se extenderían en millones de especies mas que las que actualmente existen, en formas que escapan a nuestra imaginación, la biosfera terrestre rompería sus cadenas y gracias a nosotros se extendería por el universo.


En proximas entradas hablare mas detalladamente del SPS y de los Cilindros de O'neill

Derroche?

He leido este comentario tan bueno en los comentarios de 20 minutos que he pensado que merece la pena ponerlo aqui.

Muchos dicen que se gasta mucho dinero en investigación espacial. Estamos un país de letras. Donde la ciencia no ha tenido nunca mucha historia. Si no, recuerden la frase €ya lo inventaran ellos€ acuñada en este país. Pero, echemos algunos números de una vez a ver si es cierto o no.
-Presupuesto de esta misión, 1.000 millones de $.- Presupuesto de la NASA, 16.790 millones de $.
Realmente parece mucho, pero yo con números grandes me pierdo. Como todo el mundo, vamos, así que vamos a comparar para facilitarlo un poco.
- Gasto mundial en publicidad, 446.000 millones de $.
- Gasto en cosméticos a nivel mundial, 170.000 millones de $.
- Gasto en fichajes de la liga, la premier, y la calcio, 1.400 millones de €.
- Presupuesto de las últimas olimpiadas, 26.000 millones de $.
- Gasto en prostitución, solo en España, 18.000 millones de €.
- Gasto en mascotas a nivel mundial, 37.000 millones de $
- Y finalmente, gasto en armamento, 1.2 billones de $ (1.200.000 millones), 528.000 millones solo en EEUU.
Ahora, visto esto, como que realmente ya no parece tanto lo invertido en investigación. Así que ahora a ver quien se atreve a repetir el mismo mensaje una y otra vez.

Colonización del espacio mediante ascensores espaciales en Phobos

Hay ciertas características que hacen de Marte un puente para la colonización espacial, su atmósfera rica en co2 y la abundancia de agua en los polos son un punto a favor así como su proximidad al cinturón de asteroides, así como la presencia de dos lunas muy cercanas a su superficie.
Marte tiene un pozo gravitatorio que haría que un sistema de transporte basado en cohetes fuese muy caro, es necesario un sistema mas económico y eficaz.
Este sistema se basaría en la utilización de unas amarras espaciales(space tethers), y se aprovecharía de la configuración extraordinaria de Phobos para su establecimiento,

Phobos tiene alrededor de 22 km de diámetro con una masa de 10^16 kg, se cree que contiene cantidades considerables de agua, carbono, nitrógeno, silicio y varios metales, lo cual le da un potencial enorme como fuente de recursos para actividades espaciales, también es altamente positivo que tenga una cara permanentemente mirando a la superficie y la reducida distancia de 6,028 Km a la superficie.
Se usarían dos amarras espaciales(space tethers), ambas anclados en Phobos, una iría hacia la superficie marciana, pero ha diferencia del modelo clásico mas conocido de ascensor espacial terrestre no llegaría hasta la superficie sino que su extremo inferior quedaría en la parte superior de la atmósfera, y el otro se extendería de Phobos hacia fuera apuntando al sistema tierra-luna o al cinturón de asteroides.



El centro de gravedad estaría en Phobos, el cual a causa de su gran masa no se desestabilizaría a consecuencia de las continuas ascensiones, en el trayecto inferior del ascensor dominaría la fuerza de la gravedad, pero a partir de Phobos en el segundo trayecto del ascensor dominaría la fuerza centrífuga, al estar el modulo de ascensión a una altura que le correspondería una orbita mas lenta, pero al ir el cable a una velocidad mas alta el modulo adquiere una velocidad(3.52km/s) al salir del extremo del ascensor que excede la velocidad de escape, enviar materiales y recursos desde Marte con este sistema a orbita lunar seria mas barato que desde la misma superficie lunar.
La punta inferior del ascensor inferior colgaría a una altura de 60 km, con una velocidad de 0.77km/s resultando en 0.52 km/s respecto a la superficie, a esa velocidad cruzaría sobre un mismo punto de la superficie dos veces al día, desde la superficie en una zona montañosa un cohete de propulsión maglev ascendería hasta entrar en contacto la carga con la punta inferior del ascensor , y volver de nuevo vació.

El modelo presentado aquí de cable espacial constaría de incrementos de 100 km cada uno, entre los cuales se instalarían células solares, motores y poleas para elevar los cables con la carga


Varios ascensores independientes se podrían colocar en Phobos para aumentar la capacidad.
Para evitar la rotura de los cables por micrometeoritos se utilizaría el sistema de multitrenzado ideado por Robert L. Forward (1992)(abstract), que daría al cable un aspecto de red de pescar lo cual debido a la redundancia crearía un sistema seguro durante décadas, lo que mediante reparaciones cada pocos años daría un sistema fiable durante un periodo de tiempo muy largo.

Del paper "Space Colonization Using Space-Elevators from Phobos"de Leonard M. Weinstein