Quizá el mayor obstáculo para la expansión de la humanidad a todo el sistema solar es el coste prohibitivo de escapar de la atracción gravitacional de la Tierra, según el astrofísico de la Universidad de Cambridge en Reino Unido Zephyr Penoyre y la investigadora de la Universidad de Columbia en Nueva York (EE.UU.) Emily Sandford.

El problema es que los motores de cohetes funcionan lanzando masas en una dirección para generar empuje de una nave espacial en la otra. Y eso requiere enormes cantidades de carburante que al final se desecha, pero que también debe impulsarse junto con la nave espacial.

El resultado es que enviar un solo kilogramo a la órbita cuesta decenas de miles de euros. Además, llegar a la Luna y más allá es aún más costoso. Por eso, hay un gran interés en encontrar formas más baratas de entrar en órbita.

Una de las ideas es construir un elevador espacial: un cable que se extienda desde la Tierra hasta la órbita sería una forma de escalar al espacio. La gran ventaja es que el proceso de escalada podría ser alimentado por energía solar y, por lo tanto, no requeriría llevar combustible a bordo.

Pero también hay un gran problema para lograrlo. Ese tipo de cable debería ser increíblemente fuerte. Los nanotubos de carbono son un posible material si alguna vez se logra fabricarlos para que sean suficientemente largos. Pero las opciones disponibles hoy en día son demasiado endebles.

Los investigadores Penoyre y Sandford han repasado la idea dándole un giro. Afirman que su versión de un ascensor espacial, al que llaman spaceline (algo así como cable del espacio), podría construirse con materiales que están disponibles a nivel comercial en la actualidad.

Primero, es recomendable conocer algunos antecedentes. Un ascensor espacial tal y como se concibe convencionalmente consistiría en un cable anclado en el suelo que se extiende más allá de la órbita geosíncrona, a unos 42.000 kilómetros de la Tierra.

Este cable tendría una masa considerable. Así que, para evitar que se caiga, tendría que estar equilibrado en el otro extremo por una masa en órbita similar. Todo el ascensor se mantendría por las fuerzas centrífugas.

Físicos, escritores de ciencia ficción y visionarios llevan muchos años calculando con entusiasmo el tamaño de estas fuerzas, pero se han desanimado con el resultado. Ningún material conocido es lo suficientemente resistente como para soportar estas fuerzas: ni la seda de araña, ni el kevlar, ni los polímeros modernos más fuertes de fibra de carbono.

Por ello, Penoyre y Sandford han adoptado un enfoque diferente. En lugar de anclar el cable en la Tierra, proponen anclarlo a la Luna y que cuelgue hacia la Tierra.

La gran diferencia proviene de las fuerzas centrífugas. Un ascensor espacial convencional haría una rotación completa todos los días, en línea con la rotación de la Tierra. Pero si el spaceline estuviera establecido en la Luna, orbitaría solo una vez al mes con una velocidad mucho más lenta y las fuerzas correspondientes más bajas.

Además, las fuerzas están organizadas de manera diferente. Al prolongarse desde la Luna a la Tierra, el ascensor atravesaría una zona del espacio donde la gravedad terrestre y lunar se cancelarían entre sí.

Esta región, conocida como el punto de Lagrange, se convierte en una característica central del ascensor. Por debajo más cerca de la Tierra, la gravedad tira del cable hacia el planeta. Pero por encima, más cerca de la Luna, la gravedad tira del cable hacia la superficie lunar.

Penoyre y Sandford muestran de forma rápida que extender el cable desde la Luna hasta la superficie de la Tierra genera fuerzas que son demasiado grandes para los materiales actuales. Pero no es necesario estirar el cable completamente para que sea útil.

El principal resultado de los investigadores es que los materiales actuales más fuertes, polímeros de carbono como el Zylon, podrían soportar cómodamente un cable que se extiende desde la Luna hasta la órbita geosíncrona. Creen que un dispositivo de prueba de principio hecho de un cable del grosor de una punta de un lápiz podría colgarse de la Luna a un coste estimado de miles de millones de euros.

Eso es obviamente ambicioso, pero tampoco es excesivo teniendo en cuenta las misiones espaciales modernas. "Al extender el spaceline, anclado en la Luna, a las profundidades del pozo gravitatorio de la Tierra, podemos crear un cable estable y transitable que permita el libre movimiento desde la vecindad de la Tierra hasta la superficie de la Luna", aseguran Penoyre y Sandford.

El ahorro de costes sería enorme. "Se reduciría el combustible necesario para alcanzar la superficie de la Luna a un tercio del valor actual", sostienen.

Además, abriría una región del espacio completamente nueva para la exploración: el punto de Lagrange. Esto resulta interesante porque tanto la gravedad como el gradiente de gravedad en esta región es cero, siendo mucho más seguro para los proyectos de construcción. En cambio, el gradiente de gravedad en la órbita terrestre baja provoca quel las órbitas sean mucho menos estables. 

"Si dejamos caer una herramienta desde la Estación Espacial Internacional, parecerá que se acelera rápidamente lejos de nosotros", señalan Penoyre y Sandford. "El punto de Lagrange tiene un gradiente casi insignificante en la fuerza gravitacional: la herramienta caída se mantendrá a mano durante un período mucho más largo".

Tampoco hay escombros significativos en esta región. "El punto de Lagrange ha sido casi indiferente en las misiones anteriores y las órbitas que cruzan por aquí son caóticas, lo que reduce en gran medida la cantidad de meteoritos", afirman.

Por estas razones, Penoyre y Sandford creen que el acceso al punto Lagrange es una gran ventaja de su spaceline. "El campamento base de puntos de Lagrange es lo que consideramos que es más importante e influyente para el uso temprano de spaceline (y para la exploración espacial humana en general)", destacan.

"Ese tipo de campamento base permitiría la construcción y el mantenimiento de una nueva generación de experimentos en el espacio: es posible imaginar telescopios, aceleradores de partículas, detectores de ondas gravitacionales, viveros, generadores de energía y puntos de lanzamiento para misiones al resto del sistema solar".

Se trata de un interesante trabajo que representa un enfoque renovado de la idea de un ascensor espacial. El acceso económico al punto de Lagrange, a la Luna y a los puntos más lejanos podría volverse considerablemente menos costoso y más probable.

Ref: arxiv.org/abs/1908.09339 : The Spaceline: A Practical Space Elevator Alternative Achievable With Current Technology