Las estructuras más altas concebidas por el hombre para la construcción en la Tierra:
- estructura de compresión prismática = ~ 4705 km
- elevador espacial => 35,000 km
Discusión
Si la estructura debe ser una estructura de compresión prismática (una columna grande), el límite teórico se encuentra simplemente dividiendo la resistencia a la compresión por la densidad. Los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT), que tienen una resistencia a la compresión de 60 GPa, y una densidad de 1300 kg / m ^ 3 tienen una altura máxima teórica (para una columna prismática) de 4705 km (~ 2900 millas). Obtuve los datos materiales de matweb.com. Eso supone una fuerza de gravedad constante sobre toda la altura de la estructura, lo que sería conservador en este caso.
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Claro, la base sería enorme para contrarrestar el viento y los terremotos y tendría una enorme masa, pero la cuestión era un límite teórico, no práctico.
Un ascensor espacial es una estructura cuyo centro de masa está en órbita geoestacionaria (GEO) a ~ 35,000 km sobre la tierra. Se cuelga debajo de GEO y vuela lejos de la tierra debido a la fuerza centrífuga sobre GEO. La fuerza total sobre la estructura está equilibrada por estas fuerzas.
Podrías construir más allá de GEO, pero estas fuerzas siempre tendrían que mantenerse equilibradas.
GEO es bastante genial. Es la distancia a la cual la fuerza centrífuga inducida por permanecer en una posición fija sobre la superficie de la tierra (es decir, igualar la velocidad de rotación de la tierra (1 rotación / 24 horas)) coincide con la fuerza de gravedad de la tierra. Entonces, si estuvieras girando alrededor de la tierra en GEO, si arrojas una pelota lejos de la tierra, volaría al espacio. Si arrojas una pelota hacia la tierra, se caería. Para permanecer en la misma posición sobre la tierra, debes estar en el ecuador.
Problemas prácticos con el ascensor espacial (no solicitado, pero interesante)
Los nanotubos de carbono son el material candidato debido a la alta resistencia (extraordinariamente) del material a la relación en peso.
La estructura está esencialmente colgando de GEO. Eso significa que la estructura debe reducirse desde GEO hasta la tierra, como un carámbano o estalactita. La mayoría de los materiales no tienen una relación entre la resistencia a la tensión y la masa lo suficientemente alta para evitar que la estructura sea enormemente gruesa en GEO.
Según mis cálculos, el área de la sección transversal de un ascensor espacial SWCNT en GEO sería 2.7 veces mayor que en la superficie de la tierra. El material producido en masa con la mayor relación de resistencia a la tensión y densidad hoy es PBO Zylon. A modo de comparación, la relación de área de sección transversal de ZBO de PBO sería 5900.
Sin una pequeña relación cónica, la masa total de la estructura se amplifica enormemente . Con una sección transversal de 1 mm ^ 2 en su base, el elevador espacial SWCNT pesaría ~ 108,000 kg. El PBO Zylon pesaba 1.300 millones de kilogramos. Como es de esperar, el costo por unidad de peso para enviar algo al espacio es alto.
Hay muchos problemas prácticos con el elevador espacial (efecto coriolis inducido por los escaladores en la estructura, basura espacial, huracanes), pero todo esto es prácticamente imposible en este momento debido a la falta de un material práctico. Los nanotubos de carbono son el candidato actual para construir la cosa, pero todavía no se fabrican en longitudes adecuadas (ahora son solo unos pocos cm como máximo).