Está Chulísimo.

Space Station Designer - Diario Dev #17: El Elevador Espacial Lunar: Logística

¡Bienvenidos a la decimoséptima entrada del diario de desarrollo de Space Station Designer! En nuestra última publicación, abordamos la historia y la física newtoniana detrás del concepto del ascensor espacial. Ahora bien, si los cálculos cuadran a la perfección, tal vez te preguntes: ¿Por qué no tenemos un ascensor espacial en la Tierra ahora mismo?.

Hoy analizaremos la compleja logística de semejante megaproyecto y las particularidades de la dinámica de los cables de anclaje. Y, lo que es más importante, veremos por qué elegir la Luna en lugar de la Tierra facilita muchas cosas.

Dificultades prácticas

Ciencia de materiales

Incluso en el caso más sencillo de un ascensor espacial lunar, hablamos de un cable de unos 60 000 km de longitud. La masa implicada es descomunal. Actualmente sabemos fabricar materiales avanzados y ultrarresistentes, como los nanotubos de carbono (NTC), en laboratorios y en cantidades limitadas —lo que los encarece—, pero ensamblarlos para formar una cinta continua de 60 000 km plantea un desafío totalmente distinto. Requeriría un esfuerzo industrial y una cooperación internacional sin precedentes.

Los materiales más convencionales, como el acero, simplemente no sirven. Son demasiado frágiles para soportar las fuerzas en juego y demasiado pesados ​​para resultar prácticos. En el caso del ascensor espacial terrestre, hoy por hoy no conocemos ningún material lo suficientemente resistente para soportar dichas fuerzas.

La física caprichosa de los cables

La física de los cables en el espacio es especialmente compleja, ya que tienden a no comportarse como cabría esperar.

Cualquiera que haya practicado escalada o alpinismo conoce la dificultad de evitar que una cuerda se enrosque o gire sobre sí misma. Si bien la destreza y la condición física pueden resolver este problema en una pared rocosa, surgen dificultades enormes cuando la longitud del cable se mide en decenas de miles de kilómetros.

El único experimento real con cables en el espacio del que tenemos constancia se llevó a cabo durante la misión Gemini XI en 1966, y no fue precisamente tarea fácil. Ambas naves espaciales (la cápsula Gemini y el vehículo objetivo Agena) tuvieron que consumir una cantidad considerable de combustible tan solo para controlar su actitud y mantener una gravedad artificial ínfima (0,00015 g) mientras permanecían unidas por un cable.

Es posible que hayas visto películas como Gravity o The Martian (Marte), en las que el astronauta llega al límite de su línea de seguridad y es arrastrado de forma violenta e incontrolada en dirección opuesta, mientras gira sin remedio. Esta es una representación algo dramatizada, pero en general bastante realista, de cómo tienden a comportarse los cables en el espacio.
Los desafíos logísticos

En primer lugar, debemos recordar que todo debe enviarse desde la Tierra al espacio utilizando cohetes químicos de la vieja escuela. Y acomodar 60.000 km de cinta en una sola cofia de carga es sencillamente imposible. Incluso si fuera posible, ningún lanzador tendría la potencia necesaria. Por tanto, habría que lanzar el cable pacientemente, bobina a bobina, y unirlas cuidadosamente en el vacío del espacio sin crear puntos débiles en la cinta. Esto implica disponer de una estación espacial dedicada donde realizar estas tareas en un entorno relativamente seguro.

Baja gravedad

La Luna es extremadamente ligera en comparación con la Tierra, lo que significa que la gravedad que nos mantiene unidos a la superficie es mucho menor. Todos hemos visto vídeos de los astronautas del Apolo dando saltos, pero pocos se dan cuenta de que sus trajes pesaban más que la armadura de un caballero de finales de la Edad Media (más de 100 kg). Esto se debe a que la gravedad en la superficie lunar es de solo 0,165 g, es decir, aproximadamente una sexta parte de la que experimentamos en la Tierra.

Para nuestro ascensor, esta gravedad mucho menor significa que la tensión mecánica a la que se somete el cable se reduce drásticamente. Si bien no existe ningún material adecuado para un ascensor espacial terrestre, los nanotubos de carbono podrían, en teoría, soportar las fuerzas implicadas en el contexto de un ascensor espacial lunar.

Ausencia de atmósfera

La Luna se encuentra en el vacío, lo que simplifica enormemente la ingeniería. En la Tierra, un cable estaría expuesto a la resistencia atmosférica, y el viento transportaría humedad (que a gran altitud se convertiría en cristales de hielo afilados como cuchillas), ceniza volcánica y emisiones humanas corrosivas. La Luna libra a nuestro cable de tales peligros. Los únicos agentes perturbadores reales e impredecibles son los micrometeoritos, capaces de perforar pequeños agujeros en la cinta, debilitándola y haciéndola más propensa a romperse. Por ello, un diseño redundante y paralelo de tres cintas resulta razonable desde el punto de vista de la seguridad.

El punto de Lagrange 1 Tierra-Luna (EML1)

El punto de Lagrange 1 Tierra-Luna (también conocido como EML1) es un lugar del espacio donde las atracciones gravitatorias de la Tierra y la Luna se neutralizan mutuamente. Es, obviamente, una ubicación interesante para anclar nuestro cable y construir una estación espacial.

Enviar cargas útiles al EML1 es mucho más sencillo que alcanzar la órbita lunar baja (LLO), como hicieron las misiones Apolo. Requiere menos combustible, ya que no es necesario luchar para adentrarse en la gravedad lunar, basta con llegar a su límite. El traslado desde la órbita terrestre baja (LEO) hasta el punto de Lagrange Tierra-Luna 1 (EML1) implica un viaje relativamente largo y lento, pero es muy eficiente en cuanto al consumo de combustible. Una vez allí, simplemente te acoplas a la estación, descargas la mercancía y la envías hacia abajo por el ascensor.

Modelado de estas dificultades en Space Station Designer

Consideraciones sobre la jugabilidad

Desde el punto de vista de la jugabilidad, queríamos reflejar estos desafíos logísticos sin que el proceso resultara tedioso. En Space Station Designer, decidimos que sería más sencillo fabricar los nanotubos de carbono directamente en el espacio.

En lugar de lanzar segmentos de cinta ya terminados desde la Tierra, establecerás una línea de producción específica en el espacio, concretamente en la órbita geosíncrona (GSO). Aun así, tendrás que gestionar la enorme cadena logística de enviar materias primas terrestres a tu fábrica espacial; nuestra filosofía de diseño establecía que cuanto más avanzado o complejo sea un material, más materiales básicos (además de las materias primas) requerirá para su producción. Por tanto, a medida que te acerques a la fase final del juego, deberás gestionar una pirámide de producción, lo que exigirá planificar las cosas con antelación.

Pero ¿cómo trasladar todas esas bobinas de cinta (¡recuerda que hay más de 60.000 km de cinta!) hasta el EML1? Eso requeriría sin duda una gran cantidad de combustible para cohetes, y ahí es donde necesitamos algo más eficiente que los cohetes convencionales. De ahí surge el remolcador espacial nuclear-térmico: una especie de carguero que se ensamblaría en el espacio y cuyo único propósito sería transportar carga entre la GSO y el EML1.

Propulsión por cohete nuclear-térmico

Los motores de cohete nuclear-térmico (NTR) se probaron con éxito en la década de 1960 (véanse NERVA, KIWI...), por lo que se trata de una tecnología ya existente y disponible. Son al menos el doble de eficientes que los motores químicos, ya que calientan el combustible hasta un punto que elimina por completo la necesidad de utilizar un oxidante. Además, operar desde la órbita geoestacionaria (GSO) implica estar lo suficientemente lejos de la Tierra como para no tener que preocuparse por una posible contaminación accidental. Por supuesto, el mantenimiento de una nave así debe realizarse con sumo cuidado; ¡y debo decir que su bahía de acoplamiento exclusiva en la estación de la GSO es todo un espectáculo!

¡Eso es todo por hoy! En la próxima y última entrega de esta serie, analizaremos a fondo qué aporta realmente este megaproyecto a la experiencia de las etapas avanzadas del juego y cómo interactúa el jugador con él. También hablaremos un poco sobre un elemento que se encuentra casi exclusivamente en la Luna y que convierte al Ascensor Lunar en una mina de oro potencial: el helio-3.

¡Space Station Designer se lanzará en Steam el 18 de noviembre! Añádelo a tu lista de deseados ahora:
https://www6.slitherine.com/game/space-station-designer

--Ignacio, Mauricio y Nicolas (Polar Motion)