Nanotubos de Carbono y el Ascensor Espacial

Para mí lo más bonito de la Ingeniería reside en conseguir hacer realidad las ideas que expresamos en un papel o en una simulación por ordenador. Los ingenieros son capaces de proyectar, calcular y diseñar auténticas megaconstrucciones, sin embargo aunque en teoría puedan ser viables, las limitaciones en las propiedades de los materiales hacen que los tomos de proyectos muy interesantes e innovadores se queden archivados en una estantería.

Algo así es lo que pasó con uno de los más ambiciosos proyectos ideados por el hombre, uno de esos sueños que la humanidad ha perseguido durante siglos, el desafío de construir una torre para unir el cielo con la tierra, construir un Ascensor Espacial. La idea de los científicos de la NASA era construir un "ascensor espacial", o para que lo entendamos mejor, un "tubo" por donde ascenderían las naves de las misiones espaciales, con el objetivo de solventar los problemas y los elevados costes generados en los lanzamientos espaciales. Con este proyecto se conseguiría establecer una ruta segura para las naves espaciales y una mejora económica notable en las inversiones requeridas en una misión espacial.

Pero si la idea era tan atractiva, ¿por qué no se ha llevado a cabo hasta el momento? La respuesta es sencilla, porque no existía en el mundo un material con las condiciones requeridas para llevar a cabo su construcción. Esta estructura requeriría de un material con una resistencia extrema, en términos de tensiones de rotura del orden de 50 a 100 GPa, con una densidad muy baja, que permitiera una construcción con una sección variable y que no sufriera cambios en la estructura interna tras las previsibles vibraciones a causa de terremotos, fuerzas de marea, vientos de atmósfera baja o choques de la chatarra espacial. Para que entendamos que buscamos, los aceros más resistentes no superan tensiones de 5 GPa, es decir, buscamos un material de 10-20 veces más resitente que el acero y con una densidad similar a la del grafito. Además, se le exigiría unas excelente propiedades electromagnéticas y ópticas con el objetivo de proveer de energía a la cabina espacial desde tierra, haciendo que esta se desplazara mediante ruedas o levitación magnética (tal y como nos explico Mariano en el post de Superconductores) a unos 200Km/h y con una duración de viaje de una semana hasta llegar a la órbita.

Es decir, la idea era completamente inviable hasta el surgimiento de una parte de la ciencia conocida como Nanotecnología o Nanociencia y que promete ser la revolución tecnológica de los años venideros en el campo de la Ciencia de Materiales. Esta nueva área ha conseguido en muy poco tiempo unas mejoras increíbles en las propiedades de los materiales, a la vez que ha reanimado proyectos que habían sido desechados por sus limitaciones de construcción. Y es en esta nueva área de la ciencia donde encontramos un material que destaca del resto por ofrecernos unas mejoras increíbles, es aquí donde encontramos la llave para recuperar la idea del ascensor espacial, es aquí donde encontramos a los Nanotubos de Cabono.

Lo primero que hay que aclarar es que es que el prefijo "nano" indica la escala en la cual se modifican las características del material. 1 nanometro es la mil millonésima parte de un metro, es decir, una unidad para medir a nivel molecular. Pues bien, un Nanotubo de Carbono es un cilindro cuya estructura está basada en unas unidades muy pequeñas, en nanounidades, con forma de hexágono. El carbono es un elemento que estamos acostumbrados diariamente a utilizar en diferentes formas, ya sea en el grafito de un lápiz, en una joya con un diamante... y ahora mediante la Nanociencia en forma de nanotubos, de nanotubos de carbono.

Existen dos tipos de estructuras, la estructura de pared simple (SWCNT) donde los átomos de carbono están dispuestos en una red hexagonal cilíndrica de forma que su estructura es la misma que se obtendría si se enrollase sobre si misma una lámina de grafito y los nanotubos de pared múltiples (MWCNT) donde encontramos una estructura con varios tubos concéntricos de diferentes diámetros. En ambos casos la principal característica, que da lugar a un buen numero de propiedades excepcionales, es su relación longitud/diámetro tan elevada, así como la forma en que estén dispuestos los hexágonos en la hipotética lamina de grafito.

Esto nos lleva ante un material con unas propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, químicas y ópticas muy interesantes y que lo capacitan para ser el material estrella soñado por la NASA para la construcción de su ascensor espacial. Los Nanotubos de Carbono poseen unas características electrónicas excepcionales, a la vez que fácilmente modificables, ya que dependiendo de la configuración que utilicemos podemos ir desde un material con propiedades metálicas a semicondutoras, son las fibras más fuertes conocidas hasta el momento, permitiendo ademas variaciones de su forma externa según la fuerza externa que esté presente, lo que provoca una deformación exterior sin que esto represente un cambio irreversible a nivel molecular y presentan el fenómeno de la luminiscencia, por lo que pueden ser utilizados como fuentes de luz micorscópicas. Además son capaces de soportar la fuerza Coriolis que provocaría una cabina espacial al pasar por ellos, ya que sufrían una deformación externa, pero en ningún caso interna, por lo que cuando la oscilación cesase la estructura volvería a su estado normal.

Actualmente la NASA ha retomado el proyecto de forma oficial, incluso lanzando campañas de animación de cómo sería la construcción del ascensor cuando se llevase a cabo, para crear un entorno de ilusión y de confianza en el proyecto. Los interrogantes no son pocos y el camino se supone arduo y  complicado, pero si que es cierto que con el desarrollo de los Nanotubos de Carbono se ha dado un paso gigante en el desarrollo del material necesario para la la construcción. Es más según las últimas noticias, el primer paso podría estar en la construcción de un Ascensor Lunar.

En el ámbito de la Ingeniería todo es posible, así que tal vez dentro de unos años podamos hablar de que esta megaconstrucción ya es una realidad.

Nos vemos en la próxima entrada, hasta entonces... ¡¡¡¡DISFRUTEN DE LA CIENCIA!!!!