O que acontece se um elevador espacial quebrar

Rhett Allain

No primeiro episódio da série Fundação na Apple TV, vemos um terrorista tentando destruir o elevador espacial usado pelo Império Galáctico. Esta parece ser uma grande oportunidade para falar sobre a física dos elevadores espaciais e considerar o que aconteceria se um deles explodisse. (Dica: não seria bom.)

As pessoas gostam de colocar coisas além da atmosfera da Terra: isso nos permite ter satélites meteorológicos, uma estação espacial, satélites GPS e até mesmo o Telescópio Espacial James Webb. Mas neste momento, a nossa única opção para levar coisas para o espaço é amarrá-las a uma explosão química controlada que normalmente chamamos de “foguete”.

Não me interpretem mal, os foguetes são legais, mas também são caros e ineficientes. Vamos considerar o que é necessário para colocar um objeto de 1 quilograma na órbita baixa da Terra (LEO). Isso fica a cerca de 400 quilômetros acima da superfície da Terra, onde fica a Estação Espacial Internacional. Para colocar este objeto em órbita, você precisa realizar duas coisas. Primeiro você precisa levantá-lo 400 quilômetros. Mas se você apenas aumentasse a altitude do objeto, ele não ficaria no espaço por muito tempo. Ele simplesmente cairia de volta na Terra. Então, em segundo lugar, para manter essa coisa no LEO, ela precisa se mover – muito rápido.

Apenas uma rápida atualização sobre energia: Acontece que a quantidade de energia que colocamos em um sistema (chamamos isso de trabalho) é igual à variação de energia nesse sistema. Podemos modelar matematicamente diferentes tipos de energia. Energia cinética é a energia que um objeto possui devido à sua velocidade. Portanto, se você aumentar a velocidade de um objeto, sua energia cinética aumentará. A energia potencial gravitacional depende da distância entre o objeto e a Terra. Isto significa que aumentar a altitude de um objeto aumenta a energia potencial gravitacional.

Então, digamos que você queira usar um foguete para aumentar a energia potencial gravitacional do objeto (para elevá-lo à altitude certa) e também aumentar sua energia cinética (para acelerá-lo). Entrar em órbita tem mais a ver com velocidade do que com altura. Apenas 11 por cento da energia estaria na energia potencial gravitacional. O resto seria cinético.

A energia total para colocar apenas aquele objeto de 1 quilograma em órbita seria de cerca de 33 milhões de joules. Para efeito de comparação, se você pegar um livro do chão e colocá-lo sobre uma mesa, isso leva cerca de 10 joules. Seria necessária muito mais energia para entrar em órbita.

Andy Greenberg

Ngofeen Mputubwele

Julian Chokkatu

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Mas o problema é na verdade ainda mais difícil do que isso. Com os foguetes químicos, eles não precisam apenas de energia para colocar aquele objeto de 1 quilograma em órbita – os foguetes também precisam transportar o combustível para a viagem até LEO. Até que queimem esse combustível, é essencialmente apenas massa extra para a carga útil, o que significa que precisam ser lançados com ainda mais combustível. Para muitos foguetes reais, até 85% da massa total pode ser apenas combustível. Isso é super ineficiente.

E daí se, em vez de ser lançado no topo de um foguete químico, seu objeto pudesse simplesmente subir em um cabo que chega até o espaço? Isso é o que aconteceria com um elevador espacial.

Suponha que você construiu uma torre gigante com 400 quilômetros de altura. Você poderia subir de elevador até o topo e então estaria no espaço. Simples, certo? Não, na verdade não é.

Primeiro, não seria fácil construir uma estrutura de aço como essa; o peso provavelmente comprimiria e desabaria as partes inferiores da torre. Além disso, exigiria grandes quantidades de material.

Mas esse não é o maior problema – ainda há o problema da velocidade. (Lembre-se, você precisa se mover muito rápido para entrar em órbita.) Se você estivesse no topo de uma torre de 400 quilômetros com a base em algum lugar no equador da Terra, você realmente estaria se movendo, porque o planeta está girando – isso é como o movimento de uma pessoa do lado de fora de um carrossel giratório. Como a Terra gira cerca de uma vez por dia (há uma diferença entre as rotações sideral e sinódica), ela tem uma velocidade angular de 7,29 x 10-5 radianos por segundo.