3) STRUTTURA DETTAGLIATA DELL'AO
Il cavo, come già potete immaginare, sarà sottoposto a tensioni enormi, altro che ponti sospesi e grattacieli. Però, saranno soprattutto forze di trazione, il che semplifica la vita dei progettisti futuri. Basta usare un materiale leggero e contemporaneamente resistente in trazione. I migliori cavi d'acciaio possiedono una resistenza in trazione di 2GigaPascal (vedi note finali) ma sono troppo massicci. Vanno bene per i ponti sospesi, ma il nostro cavo orbitale d'acciaio avrebbe un diametro di centinaia di metri, o peggio. Un incubo! Il materiale migliore sono invece i nanotubi di carbonio: resistenza in trazione di 45GigaPascal e densità sotto 1,34 g/(cm cubo). (inoltre sono molto più flessibili ed elastici dell'acciaio).
Questi nanotubi, praticamente grosse molecole cilindriche, vengono già prodotti nei laboratori di tutto il mondo, ma ci sono 3 problemi, purtroppo:
- sono prodotti in piccole quantità;
- con procedimenti costosi (>1000$/g);
- e non si è ancora trovato il modo di farne dei cavi;
Ma già si impiegano per svariati usi: per esempio la General Motors ne inserisce piccole quantità nelle carrozzerie, sufficienti a migliorarne le caratteristiche meccaniche. Oppure negli schermi al plasma e come (futura) alternativa al silicio nei chip. Qui entra in gioco la fantascienza, come per l'idrogeno metallico: nulla vieta che i 3 problemi siano risolti entro i prossimi 4 secoli (anzi, è probabile). Qualcuno potrebbe anche scoprire un materiale migliore, peraltro. Io mi atterrei ai nanotubi, che sono sufficienti ai nostri scopi. Se siete d'accordo, proseguiamo. Nessuna voce contraria? Ne ero sicuro.
Con queste caratteristiche, il cavo orbitale può avere una sezione ragionevolmente limitata, inferiore a 2 metri quadrati. Va puntualizzato tuttavia che la sezione non è necessariamente costante su tutta la sua lunghezza. Infatti ogni tratto deve sopportare il peso di tutti i km di cavo sottostanti, e per riuscirci si parte da una sezione fissata, es:1 metro quadrato, e la si aumenta un po' alla volta (nel caso della Terra fino a 1,6 metri quadrati). Dal punto di massima sezione, che coincide con la quota geostazionaria, il cavo riprende a contrarsi fino al punto di aggancio della SO (per la Terra, circa 83000km e 1,3 metri quadrati di sezione). Questo è sempre vero se la gravità del pianeta è intensa, tanto da rendere necessario un risparmio di peso ovunque sia possibile. Nel caso di Marte, ad esempio, il cavo può benissimo avere una sezione costante (pari a 1 metro quadrato) per tutti i suoi 66000 km di lunghezza. La stazione terrestre avrà una massa pari a 150milioni di tonnellate, mentre quella marziana circa 300000. Tenete presente che la massa della SO è anche direttamente proporzionale alla sezione finale del cavo. C'è però un limite inferiore a quest'ultima, poichè comunque le NS devono essere in grado di usarlo per salire.
Adesso vi starete domandando: perchè non fare cavi più corti e stazioni più massicce? Per 3 motivi. Primo, costruire SO massicce sarà più costoso che non costruire lunghi cavi. In pratica: se sai fare un cavo lungo 60000km, 80000km non fa molta differenza; invece, passare da 100milioni di tonnellate di SO a 10miliardi è una grossissima differenza! Secondo: più l'AO è lungo, maggiore la velocità tangenziale delle astronavi che partono dalla SO e minor spreco di energia per allontanarsi dal pianeta. Insomma, si risparmia ovunque si può! Terzo: in caso d'incidente con rottura accidentale del cavo, la SO tenderà ad allontanarsi dal pianeta, invece che cadervi sopra (immaginate il disastro che ne deriverebbe). Un altro buon motivo per non costruire l'AO vicino ad una metropoli!
Il fattore sicurezza è importante, pertanto il cavo sarà probabilmente diviso in un certo numero di funi più sottili (o trefoli), di sezione complessiva come detto sopra. In tal modo è più difficile che si rompano tutti contemporaneamente, e se proprio succedesse cadendo attraverso l'atmosfera tante funi sottili si distruggerebbero, limitando i danni a terra.
4) COSTRUZIONE DI UN AO
Ho inserito questo paragrafo solo ai fini del gioco di ruolo. Pensateci sopra un attimo: un'opera grandiosa (e costosa!), mai tentata prima, che promette enormi benefici alla civiltà. Interessi pro e contro la costruzione. Incidenti, sabotaggi, spionaggio industriale. Successi e fallimenti. Ce n'è abbastanza per un libro, direi. Forse ricordate il film "Contact" tratto dall'omonimo libro di Carl Sagan. Lì la sfida tecnologica era addirittura posta dagli extraterrestri, ma non fa molta differenza. Pensate a personaggi direttamente coinvolti nelle investigazioni, nei successi e negli insuccessi, nelle vesti dei "buoni" o dei "cattivi". Oppure impegnati in arditi salvataggi di civili intrappolati a 1000km di altezza. Oppure spie per conto di una corporation rivale. Oppure sabotatori per conto di un qualche "Fronte di liberazione popolare". ce n'è per tutti i gusti.
Naturalmente lo stesso vale per ogni altro grande progetto, come gate iperspaziali o colonie fluttuanti.
Pertanto, a grandi linee, ecco le fasi di costruzione di un AO, in caso vi servissero.
Fase 1.A: costruzione della stazione di ancoraggio a terra.
Fase 1.B: costruzione della SO esattamente alla quota geostazionaria (poi spiego perchè).
Fase 1.C: costruzione dell'intero cavo in tanti segmenti di pochi km ciascuno; la costruzione avviene in un impianto spaziale, per economia; segue il trasporto dei segmenti fino alla SO.
Le prime 3 fasi possono essere attuate contemporaneamente, e richiedono da pochi mesi a qualche anno, a seconda del pianeta interessato.
Fase 2: si aggancia il primo segmento di cavo alla SO, lasciandolo libero di pendere verso il pianeta e smorzandone in qualche modo le oscillazioni. Contemporaneamente, la SO viene allontanata leggermente dal pianeta per far sì che il baricentro del sistema rimanga alla quota geostazionaria.
Fase 2bis: viene compiuta la stessa operazione con tutti i segmenti del cavo, agganciandoli uno dopo l'altro fino a toccare la superficie del pianeta. Ogni segmento parte dalla SO, viene fatto scendere lentamente lungo il cavo già pronto fino alla posizione dove verrà agganciato. Contemporaneamente la SO giunge alla sua quota definitiva.
Questa fase è molto lunga, richiede almeno qualche anno per essere compleatata, data la lunghezza del cavo.
Fase 3: Si ancora l'estremità inferiore del cavo al pianeta; è la fase più delicata e ardua, poichè richiede precisione millimetrica; i venti atmosferici tendono a muovere il cavo, e non è certo facile tenere ferme migliaia di tonnellate!
E' la fase più rapida, ma non vorrei essere nei panni degli ingegneri futuri. Anche qui dobbiamo prendere per buono un minimo di fantascienza.