Come funziona l’ascensore spaziale che farebbe comodo agli astronauti bloccati in orbita

Alla fine di agosto, i funzionari della NASA hanno annunciato ciò che era già diventato evidente: due astronauti statunitensi, bloccati sulla Stazione Spaziale Internazionale, non sarebbero tornati a casa come previsto e sarebbero dovuti rimanere nello Spazio per diversi mesi. Il veicolo Boeing Starliner che ha trasportato Suni Williams e Barry Wilmore sulla ISS a giugno, la prima missione con equipaggio della compagnia, aveva avuto diversi problemi e stava tornando sulla Terra senza persone a bordo. Un veicolo di  salvataggio di SpaceX, nel frattempo, non potrà raggiungere gli astronauti fino a febbraio 2025.

L’unica opzione per Williams e Wilmore è aspettare. Ma potrebbe non essere sempre così. E un giorno la soluzione potrebbe essere letteralmente roba da fantascienza.

La tecnologia c’è

I ricercatori hanno riflettuto sulla costruzione di un “ascensore spaziale” tra la Terra e lo spazio lontano per più di un secolo, ma solo da vent’anni hanno cominciato a pensarci più seriamente. Ora, diversi scienziati – e dirigenti di una grande azienda giapponese – credono che l’idea abbia la possibilità di spiccare il volo.

“La tecnologia c’è”, dice Bradley Edwards, un fisico che ha prodotto il primo rapporto di progettazione e ingegneria per la  NASA per il sistema quasi un quarto di secolo fa. Un rapporto per lo più educatamente ignorato.

Quello che manca, aggiunge Edwards, è semplice: “La volontà di farlo. E finanziamenti”.

Esatto, i soldi. Ma andiamo con ordine. Un ascensore spaziale? Non è esattamente questo. Pensate, piuttosto, a un cavo o a un nastro, o magari a una ferrovia verticale con vagoni merci che si muovono su e giù per il cavo stazionario, trasportando carichi utili.

Un progetto, dice Edwards, utilizzerebbe un veicolo spaziale per trasportare una bobina del nastro fino all’orbita geostazionaria, a circa 22.000 miglia sopra la Terra. Lì, la bobina si dispiegherebbe verso il basso per gravità e alla fine sarebbe ancorata nell’Oceano Pacifico. Nel frattempo, la sonda continuerebbe il suo viaggio verso l’alto fino a circa 60.000 miglia nello spazio (l’equivalente di circa un quarto di un viaggio sulla Luna), srotolando il resto del nastro mentre procede.

La navicella spaziale rimarrebbe lassù come contrappeso. Un veicolo con un enorme spazio di stoccaggio, chiamato scalatore, avrebbe quindi scalato il cavo, sollevando e attaccando più nastro al primo strato per renderlo più spesso e più resistente. “Si fa con circa 200 scalatori”, dice Edwards.

Il cavo, molto probabilmente costruito con nanotubi di carbonio o forse grafene, si estenderebbe dalla Terra in un punto vicino all’equatore. Quando si fa roteare una palla attaccata a una corda a velocità sufficiente, la corda si tende: in modo simile la forza generata dalla rotazione terrestre manterrebbe la tensione del cavo.

“La forza centrifuga bilancerà la forza di gravità”, afferma Dennis Wright, presidente dell’ International Space Elevator Consortium (ISEC) con sede a Seattle, che ha studiato e ospitato conferenze sull’argomento per due decenni. “E allungherà questo cavo e fornirà una ferrovia verticale, se vogliamo chiamarla così, per i veicoli che possono prendere il cavo per salire e scendere e consegnare carichi utili”.

Questi scalatori, che viaggiano tra le 120 e le 200 miglia orarie, potrebbero trasportare, ad esempio, un satellite da 15 tonnellate ogni giorno o a giorni alterni. Potrebbe riportare dallo spazio satelliti ed elementi estratti dagli asteroidi. Un veicolo del genere potrebbe anche trasportare turisti, naturalmente, e sarebbe disponibile tutti i giorni, senza essere gravato da finestre di lancio dei razzi a seconda delle condizioni ideali. “Cambia tutto. È un mondo completamente diverso”, afferma Edwards.

Poiché l’estremità superiore (apice) dell’ascensore spaziale si muove così velocemente, i carichi utili possono essere lanciati nel sistema solare in modo rapido ed economico. Un viaggio su Marte – per la colonizzazione, forse – potrebbe essere ridotto da circa sei-otto mesi su un razzo a tre o quattro mesi. Ancora più importante, si aprirebbe una finestra di lancio su Marte da più di sei mesi in un ciclo di 26 mesi, rispetto all’attuale finestra di lancio di due settimane dei razzi per lo stesso periodo.

“Un ascensore spaziale diventa un ponte verso l’intero sistema solare”, afferma Stephen Cohen, che insegna fisica al Vanier College di Montreal e ha condotto ricerche approfondite sulla meccanica degli ascensori spaziali.

Sembra tutto qualcosa che un romanziere potrebbe immaginare, ed è stato effettivamente così. Il compianto scrittore di fantascienza Arthur C. Clarke ha fatto della costruzione di un ascensore spaziale il fulcro del suo romanzo Le fontane del paradiso nel 1979, quasi mezzo secolo fa. Nel 2001, Clark scrisse a Edwards per dire che una volta aveva predetto che solo “50 anni dopo che tutti avrebbero smesso di ridere” l’ascensore sarebbe stato costruito.

Clarke non è stato nemmeno il primo. L’idea di una torre che potesse estendersi dalla Terra per migliaia di chilometri nello spazio fu suggerita nel 1895 da uno scienziato russo e pioniere dell’astronautica, Konstantin E. Tsiolkovsky. A quel tempo, uno dei materiali da costruzione più resistenti e più utilizzati al mondo era l’acciaio, e quindi per una serie di motivi, troppo pesanti e non abbastanza forti, il concetto è rimasto un esercizio di pensiero.

La scoperta nel 1991 dei nanotubi di carbonio, con una forza che supera di gran lunga l’acciaio e altri materiali, ha portato l’idea di un ascensore spaziale da lontana a plausibile.

“Mi ha sorpreso che qualcuno non abbia speso un sacco di soldi nei nanotubi di carbonio, perché i nanotubi di carbonio sono un punto di svolta assoluto”, afferma Edwards. “Sono da 20 a 30 volte più resistenti della fibra di carbonio (Kevlar) e di qualsiasi altra cosa. Avrebbero rivoluzionato molte industrie”.

Edwards spera di sì. La sua nuova società, Industrial CNT, è in procinto di raccogliere fondi per produrre nanotubi di carbonio sempre più lunghi, che alla fine potrebbero formare il cavo. Crede che un ascensore spaziale potrebbe essere completato in 8-10 anni, compreso il tempo necessario per aumentare la produzione di nanotubi di carbonio. Altri esperti suggeriscono l’uso del grafene e notano che la Cina ha prodotto grandi molecole di grafene.

Chiunque lo sviluppi per primo controllerà lo Spazio?

“Penso che chiunque svilupperà per primo questa infrastruttura controllerà davvero lo spazio”, dice Wright dell’ISEC. “Se questo messaggio può essere diffuso in America, allora penso che le persone sarebbero più disposte a guardare l’idea e dire, beh, penso che alcune persone ci stiano effettivamente lavorando. Dovremmo esserlo anche noi, altrimenti saremo dietro la palla otto”.

Il conglomerato edile giapponese Obayashi Corp., che ha pubblicizzato i piani per un ascensore dal 2012, ha fissato la sua versione più elaborata del progetto a circa 100 miliardi di dollari.

Edwards la vede in modo molto diverso: 8 miliardi di dollari per costruire il primo ascensore. “Questo è più o meno lo stesso costo di due lanci dei razzi Boeing SLS, che sono stati di 4 miliardi di dollari ciascuno”, dice il fisico. Per quanto riguarda gli scalatori un tempo misteriosi, i motori elettrici che sarebbero necessari per loro sono già in produzione presso Tesla a circa $ 12.000 ciascuno, con due motori di questo tipo probabilmente necessari per scalatore. Il secondo ascensore costerebbe meno, circa 3 miliardi di dollari, “perché il primo sarebbe già in grado di farlo lassù e si potrebbe usarlo per costruire il secondo”, dice Edward.

Aziende come LeoLabs stanno anche perfezionando la loro capacità di tracciare le particelle di detriti spaziali fino al livello di cui avrebbero bisogno per evitare che colpiscano l’ascensore

“Penso che abbiamo superato i principali problemi (legati all’ascensore spaziale)”, afferma Yoji Ishikawa, un ingegnere aerospaziale giapponese che ha svolto un ruolo chiave nello sviluppo del concetto di Obayashi. L’inizio della costruzione previsto per il 2025 è in sospeso, afferma Ishikawa, poiché cerca sia il sostegno internazionale che “molti settori diversi che si uniscano”.

Un ascensore spaziale potrebbe essere utilizzato per portare gli oggetti in orbita geostazionaria (GEO), possibilmente nel giro di una settimana. Il periodo orbitale corrisponde alla rotazione terrestre di un giorno, consentendo alle cose di rimanere dove sono posizionate sopra di noi. In questo momento, la maggior parte delle missioni e degli oggetti artificiali nello spazio rimangono in orbita terrestre bassa. Gli astronauti bloccati sono attualmente bloccati a circa 250 miglia sopra di noi, dove si trova la Stazione Spaziale Internazionale. I razzi hanno bisogno di molto carburante per andare molto più lontano, ma il carburante extra rende i razzi più pesanti, costando ancora più carburante e denaro.

Con l’ascensore spaziale, non sono necessari tali carichi di carburante. “Userai qualsiasi meccanismo elettrico tu abbia (sugli scalatori) per portarti lassù”, oltre a un po’ di carburante per correggere il posizionamento di tanto in tanto, ha detto Cohen. “In questo momento, abbiamo astronauti bloccati a 400 chilometri di distanza e gli abbiamo detto di aspettaresolo sei mesi”.

La NASA, notoriamente avversa al rischio, ha sentito Edwards ma non si è mossa sull’idea. L’agenzia non è stata in grado di rispondere immediatamente alle domande, ma ha raccomandato Edwards come fonte. Wright dice che diversi paesi hanno almeno studiato il concetto, tra cui la Cina e il Giappone: l’impegno della Obayashi Corp. è abbastanza reale.

Ma potrebbe essere necessaria la cooperazione internazionale per ottenere effettivamente la costruzione di un ascensore spaziale, in parte perché, senza nazioni che lavorano insieme, c’è sempre la possibilità di pirateria o di uso dell’idea per un vantaggio militare. Ci sono anche preoccupazioni di base come gli eventi meteorologici, problemi in gran parte mitigati dalla localizzazione della base vicino all’equatore in una specifica regione dell’Oceano Pacifico.

Un rapporto del 2019  dell’International Academy of Astronautics ha affermato che “un ampio gruppo di professionisti dello spazio” ha concluso che l’ascensore spaziale sembrava non solo fattibile, ma che “l’inizio dello sviluppo è più vicino di quanto la maggior parte pensi”. Eppure certamente non c’è stata una forte spinta pubblica o governativa per il progetto.

Per Edwards, è qui che una maggiore diffusione di informazioni aiuterebbe, compresi maggiori dettagli su quanto l’idea sia vicina alla realtà. “Possiamo costruirlo ora”, dice. “Il che è una vittoria economica”.

Per la prima volta in quasi 150 anni, l’ascensore spaziale è fuori dal regno della fantascienza ed è nell’orbita del possibile. Bloccati nello spazio, in attesa del lancio di un razzo che li riportasse a casa, Suni Williams e Barry Wilmore potrebbero essere stati entusiasti di avere la possibilità di premere semplicemente il pulsante ‘giù’.

L’articolo originale è disponibile su Fortune.com