1) INTRODUZIONE
Prima di tutto, perchè è importante un AO? E' presto detto: le tecnologie per raggiungere lo spazio esistono già, ma sono troppo costose e terribilmente inquinanti. Ogni kg di carico utile portato in orbita viene a costare 20.000$ e quasi 100kg di gas serra scaricati nell'atmosfera. Miglioramenti sostanziali potranno forse ridurre del 90% la spesa complessiva, ma non sarà sufficiente a rendere conveniente lo spazio. Ciò che serve è una tecnologia propulsiva radicalmente nuova per arrivare all'orbita bassa, e per il momento le soluzioni proposte sono un po' vaghe. Tra queste, la più promettente sotto il profilo economico (e non eccessivamente fantascientifica) risulta essere l'AO, che potrebbe abbassare i costi allo stesso ordine di grandezza dei trasporti convenzionali terrestri.
2) A GRANDI LINEE: STRUTTURA E FUNZIONAMENTO DELL'AO
L'AO è costituito da 3 elementi principali:
- un lungo cavo, semirigido e molto resistente, teso fra la superficie di un pianeta ed una SO (stazione orbitale);
- la SO, ovviamente;
- una stazione di ancoraggio a terra (sulla Terra o su ogni pianeta adatto, cioè NON tutti quelli abitabili);
Le NS (navette spaziali) non fanno altro che "arrampicarsi" lungo il cavo con sistemi poco costosi, senza usare razzi ne' serbatoi di combustibile. E il gioco è fatto! Da qui il nome di ascensore.
Come può un cavo restare teso tra un pianeta e lo spazio?
Immaginate di tenere in mano il capo di un filo; all'altra estremità legate un sasso. Ora ruotate velocemente su voi stessi: il filo si tenderà. Voi siete il pianeta, la vostra mano la stazione di ancoraggio, e il sasso fa le veci della SO, che con la sua massa tende il cavo, sfruttando la forza centrifuga conseguente alla rotazione del pianeta stesso.
Ebbene sì, per quanto piccola la forza centrifuga vince la gravità del pianeta, a patto che siano verificate alcune condizioni.
a) Prima di tutto la gravità stessa dev'essere relativamente modesta. 10m/s*s può andare, visto che la Terra è un pianeta PICCOLO rispetto alla media. Quindi cominciamo a escludere i pianeti più grandi (ammesso che ci si potesse abitare sopra, ok!). Marte sarebbe perfetto, la sua gravità è poco più di un terzo di quella terrestre.
b) La rotazione del pianeta dev'essere sufficientemente veloce. Un giro in 24 ore va bene, ma è quasi il limite massimo.
Per questo la Luna verrà esclusa: il suo AO dovrebbe essere lungo milioni di km, troppo! Anche Venere e Mercurio soffrono lo stesso problema, ma tanto non sono abitabili. Marte va ancora bene, per fortuna. Ha infatti un giorno di 25 ore circa.
c) La stazione d'ancoraggio dev'essere costruita vicina all'equatore, dove la forza centrifuga è massima. Quindi niente AO vicino alle metropoli. Del resto, il poligono di lancio dell'ESA si trova in America centrale proprio per risparmiare carburante! E l'agenzia spaziale giapponese ne sta costruendo uno nel Pacifico per lo stesso motivo!
Non pensate che la forza centrifuga sia trascurabile: all'equatore vi alleggerite solo di un paio di etti, ma 36.000km sopra l'equatore risparmiate tutto il vostro peso. Si può sfruttare la quota geostazionaria sopra ogni punto del globo, ma in tal caso NON E' REALMENTE geostazionaria, nel senso che i satelliti compiono delle oscillazioni sinusoidali sopra e sotto l'equatore. Si chiama geostazionaria solo perchè il satellite compie un giro in 24ore, a quella quota. Purtroppo la stampa scientifica non ha mai divulgato questo chiarimento!!! Non oso immaginare quante persone hanno imparato a memoria il concetto sbagliato. Spero che siate convinti: l'AO DEVE essere ancorato all'equatore.
d) Il cavo dev'essere sufficientemente lungo, poichè la gravità diminuisce rapidamente con la distanza, mentre la forza centrifuga aumenta poco alla volta.
e) La SO dev'essere molto massiccia, poichè fornisce la forza netta necessaria a mantenere in equilibrio l'intera struttura.
Ora vediamo qualche dettaglio teorico. Consideriamo una sezione di cavo posta a pochi metri da terra: la gravità è preponderante, 300 volte più intensa della forza centrifuga che agisce sullo stesso pezzo. E infatti non ci accorgiamo minimamente della seconda forza. E' talmente debole che va considerata solo nel calcolo dei venti, dei missili balistici e dei satelliti. Ora muoviamoci fino a 15000km di quota. Qui la gravità è circa un decimo di quella cui siamo abituati. Ma la forza centrifuga è ancora piccolissima, e il corpo inevitabilmente cade a terra.
Come fanno a star su i satelliti a quella quota? Aumentano la forza centrifuga ruotando attorno al pianeta più velocemente. E infatti compiono un giro in poche ore, invece che in un giorno. E' come se faceste ruotare più rapidamente il filo col sasso: sentireste una forza maggiore a livello della mano. Ma il nostro AO gira ad una velocità fissa, esattamente 1 giro al giorno. Perciò, se fosse lungo solo 15000km, cadrebbe inevitabilmente. In tal caso, allunghiamolo fino a 36000km. Ora la sezione terminale del cavo, che si trova in orbita geostazionaria, è perfettamente in equilibrio. La forza centrifuga è aumentata a sufficienza da controbilanciare la scarsa gravità a quella quota (solo un cinquantesimo di quella normale).
Attenzione, però: tutto il resto del cavo NON E' IN EQUILIBRIO! L'AO da 36000km è quindi destinato a cadere!!!
E' necessario fornire una forza aggiuntiva, allungandolo un po' e agganciando all'estremità libera un corpo massiccio, cioè la SO (anche se un piccolo asteroide a questo punto andrebbe altrettanto bene). Di quanto va allungato? Ho fatto qualche calcolo. La risposta non vi piacerà. Il problema è che meno lo allunghiamo, e più massiccia dovrà essere la SO, poichè la forza centrifuga dipende direttamente dal prodotto (massa della stazione)*(raggio dell'orbita), una volta fissata la velocità angolare (1 giro in 24 ore). Vi darò le cifre precise nei prossimi paragrafi, ma vi avviso: sotto i 50.000km non si va!
A meno di non agganciare un altro pianeta alla Terra, naturalmente!