23/May/06

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¿El ascensor espacial va hacia abajo?

Un estudio demuestra que los nanotubos de carbono que se han propuesto no podrían sostenerlo.

(Nature) - ¿Es posible construir el cable del ascensor espacial con nanotubos de carbono? No demasiado pronto, si es que alguna vez se puede, dice Nicola Pugno, de la Politécnica de Turín, Italia. Los cálculos de Pugno muestran que los defectos inevitables en los nanotubos causan que el cable, simplemente, no sea suficientemente fuerte.

La ciencia ficción popularizó la idea de un ascensor espacial. Los escritores imaginaron un cable de 100.000 kilómetros de largo que se extendía rectamente sobre la superficie de la Tierra, fijo en una órbita geosincrónica. La carga útil, y también los turistas, ascenderían por el cable hasta una órbita terrestre baja, eliminando la necesidad de los lanzamientos con cohetes.

Cuando se descubrió que los nanotubos de carbono tienen un coeficiente increíblemente alto de relación resistencia-peso, los investigadores tuvieron la esperanza de ser capaces de tomar la idea de la ficción y llevarla a la realidad.

Pero Pugno afirma que los defectos a escala atómica de los nanotubos reducirían la resistencia de un cable de ese tamaño tan enorme en por lo menos un 70%.

Cinta espacial

Los investigadores creen que la mejor forma para el cable del ascensor espacial sería una cinta de alrededor de un metro de ancho y delgada como el papel. Debería ser capaz de soportar una tensión de por lo menos 62 gigapascales (GPa). Esto es como si en una cinchada la soga debiera soportar el tirón de más de 100.000 personas en cada extremo.

Las pruebas de laboratorio han demostrado que los nanotubos pueden soportar individualmente, en promedio, cerca de 100 GPa, una resistencia inusual que se debe a su estructura cristalina. Pero si a un nanotubo le falta sólo un átomo de carbono, esto puede reducir su resistencia hasta en un 30%. Y un material hecho con cantidad de estos tubos es aún más débil. La mayoría de las fibras hechas con nanotubos han mostrado hasta ahora una resistencia mucho menor de 1 GPa.

Las mediciones sobre nanotubos de elevada calidad encontraron que cada 10¹² enlaces falta un átomo de carbono; esto es más o menos un defecto cada 4 micrómetros de longitud del nanotubo. Los defectos en los que falta uno o más átomos son mucho más raros, pero Pugno hizo notar que dentro de la escala del ascensor espacial, se hacen posibles estadísticamente.

Utilizando un modelo matemático ideado por él, y que ha sido probado prediciendo la resistencia de materiales como el diamante nanocristalino, Pugno calcula que los defectos mayores llevarán inevitablemente la resistencia de un cable por debajo de unos 30 GPa. Su artículo se ha colocado en arXiv y aparecerá en la edición de julio de Journal of Physics: Condensed Matter.

Pugno agrega que aunque se podrían hacer nanotubos sin defectos para el ascensor espacial, los daños causados por micrometeoritos, e incluso la erosión causada por átomos de oxígeno, los debilitaría. Entonces: ¿se puede hacer un ascensor espacial? "¿Con la tecnología disponible hoy? De ningún modo", dice él.

Nunca digas nunca

Esto contrasta claramente con los anuncios realizados por Bradley Edwards, quien se ha convertido en el vocero más frecuente del proyecto debido al estudio de plausibilidad que realizó para la NASA y la publicación de un libro sobre el tema. Edwards, que es el presidente y fundador de la compañía Carbon Designs en Dallas, aporta a la discusión, diciendo que él, teniendo los fondos adecuados, podría hacer cables con una resistencia de más de 62-GPa en apenas tres años. Él dice que el paso clave es retorcer cuidadosa y apretadamente entre sí los largos nanotubos, lo que aumenta las fuerzas de fricción cooperativas que convierten en menos cruciales las resistencias individuales de los nanotubos.

Pugno responde que los defectos mayores debilitan de manera crítica al cable, sin importar cómo se lo construya. Y los esfuerzos realizados en laboratorio en este sentido no parece ofrecer mucho lugar para el optimismo. Ray Baughman, director del instituto NanoTech en Dallas, publicó un artículo en Science el año pasado sobre experiencias con cables trenzados de un metro simlares a los del diseño que prefiere Edwards. Resultó que éstos también tienen una resistencia menor a 1 GPa.

Aportado por Eduardo J. Carletti