miniatura|200px|Representação artística feita pela NASA
Um elevador espacial é uma estrutura teórica destinada a transportar carga da superfície de um planeta para o espaço. Muitos tipos diferentes de elevadores espaciais já foram propostos, todos eles com o mesmo objetivo de substituir a propulsão de foguetes pelo uso de uma via fixa para transporte, não muito diferente de um elevador, para colocar cargas em órbita ou mesmo para lançar a mesma para o espaço. Os elevadores espaciais às vezes são chamados de "beanstalks" ("pé de feijão", numa referência à história João e o Pé de Feijão), "pontes espaciais", "flutuadores espaciais", "escadas espaciais", "ganchos espaciais" e "torres orbitais".
A proposta mais comum trata de um cabo, ou fita, que vai da superfície do planeta até além da órbita geossíncrona. O cabo seria mantido em posição pela força centrífuga resultante da rotação do planeta. A carga seria então colocada em órbita por veículos que subiriam e desceriam pelo cabo, sem precisar de motores de foguete para tal. Este tipo de estrutura permitiria que grandes quantidades de carga e pessoal fossem colocados em órbita a uma fração do custo de colocar uma carga em órbita usando métodos tradicionais.
História Primeiros conceitos O conceito de elevador espacial apareceu primeiro em 1895 quando um cientista russo, Konstantin Tsiolkovsky, se inspirou na Torre Eiffel em Paris para considerar uma torre que chegasse ao espaço. Ele imaginou a colocação de um "castelo celestial" no fim de um cabo fino, com o "castelo" orbitando a Terra em uma órbita geossíncrona (ou seja, o castelo ficaria sobre o mesmo ponto na superfície da Terra). A torre seria construída de baixo para cima até uma altitude de 35 790 km (órbita geoestacionária). Alguns comentários de Nikola Tesla sugerem que ele também concebeu uma torre deste tipo. As notas de Tsiolkovsky foram passadas para trás da Cortina de Ferro após a sua morte.
A torre de Tsiolkovsky poderia lançar objetos em órbita sem necessitar um foguete. Como o elevador adquiriria velocidade orbital à medida que subisse pelo cabo, um objeto solto no topo da torre também teria a velocidade orbital necessária para permanecer em órbita geossíncrona.
Século XX Construir a partir do solo, entretanto, provou ser uma tarefa impossível, não havia material com resistência a tração suficiente para suportar seu próprio peso nestas condições. Demorou até 1957 para outro cientista russo, Yuri N. Artsutanov, conceber um método mais prático para construir uma torre espacial. Artsutanov sugeriu o uso de um satélite geossíncrono como base para a construção da torre. Usando um contrapeso, um cabo seria baixado desde a órbita geossíncrona até superfície da Terra ao mesmo tempo em que o contrapeso seria estendido para longe da Terra, a partir do satélite, mantendo o centro de gravidade do cabo imóvel em relação à Terra. Artsutanov publicou sua ideia no suplemento dominical do Komsomolskaya Pravda em 1960. Ele também propôs que a espessura do cabo fosse variável, de forma que a tensão no mesmo fosse constante. Desta forma o cabo seria fino no nível do chão, ficando mais espesso à medida que se avançasse em direção à GEO.
Fazer um cabo de mais de 35 000 km de comprimento é uma tarefa difícil. Em 1966, quatro engenheiros americanos decidiram determinar que tipo de material seria necessário para construir um elevador espacial, assumindo que seria um cabo contínuo sem variações na sua seção transversal. Eles descobriram que a resistência necessária seria o dobro da de qualquer material existente na época, incluindo grafite, quartzo, e o diamante.
Em 1975, um cientista americano, Jerome Pearson, projetou uma sessão escalonada que melhor funcionaria na construção do elevador. O cabo completo seria mais espesso na órbita geossíncrona, onde a tensão seria maior, e mais fino nas pontas para reduzir a quantidade de peso por unidade de área da seção transversal que qualquer ponto do cabo teria que suportar. Ele sugeriu usar um contrapeso que seria lentamente estendido além dos 144 000 km (quase metade da distância até a Lua) conforme a porção inferior do elevador seria construída. Sem um grande contrapeso, a porção superior do cabo teria que ser maior que a porção inferior devido á forma com que a atração gravitacional e a força centrífuga mudam com a distância da Terra. Sua análise incluiu distúrbios como a gravidade da Lua, vento e cargas subindo e descendo pelo cabo. A massa de material necessário para construir o elevador iriam exigir milhares de viagens do ônibus espacial, mesmo que parte do material poderia ser transportado para cima pelo próprio elevador quando uma certa quantia mínima de cabos atingissem o solo, ou fosse fabricado no espaço a partir de minérios de asteroides ou lunares.
Em 1977, Hans Moravec publicou um artigo chamado "A Non-Synchronous Orbital Skyhook", no qual ele propôs uma modificação na ideia do elevador espacial para um sistema de propulsão com mais chances de se tornar realidade. (Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 25, Oct.-Dec. 1977)
Arthur C. Clarke introduziu o conceito do elevador espacial a uma audiência maior no seu romance de 1978, The Fountains of Paradise (As Fontes do Paraíso), no qual engenheiros constroem um elevador espacial no topo de um pico de uma montanha na ilha fictícia de Taprobana (que era um dos primeiros nomes do Sri Lanka).
Na novela de 1982 Friday de Robert A. Heinlein, a personagem principal faz uso do "Elevador de Nairobi" nas suas viagens.
Em 1999, Larry Niven escreveu o livro Rainbow Mars que continha uma "Árvore Pendurada", um elevador espacial orgânico capaz de viagens interestelares. O livro discutia com habilidade os vários méritos/deméritos deste tipo de abordagem ao elevador espacial, o demérito principal era que a água necessária para sustentar uma 'árvore' tão grande era tanta que drenaria toda a água dos seus planetas hospedeiros - e este será também o tema central da trama para explicar a desertificação de Marte.
Século XXI Davud Smitherman, do NASA/Marshall's Advanced Projects Office (Escritório de Projetos Avançados) compilou planos que poderiam transformar o elevador espacial de ficção científica em realidade. Sua publicação, "Space Elevators: An Advanced Earth-Space Infrastructure for the New Millennium", é baseada nas novidades de uma conferência sobre infraestruturas espaciais que ocorreu no Marshall Space Flight Center em 1999.
Outro cientista norte-americano, Bradley C. Edwards, sugeriu a criação de uma fita de 100.000 quilômetros de comprimento, com a espessura de papel, que poderia ter uma grande chance de sobreviver ao impacto de meteoros. O trabalho de Edwards foi expandido para cobrir: o cenário da construção, o projeto do ascensor, o sistema de energia, como evitar detritos espaciais, o sistema de ancoragem, como resistir ao oxigênio atómico, como evitar raios e furacões ao localizar a âncora no Pacífico Equatorial Ocidental, custos de construção, cronograma da construção, e perigos ambientais. Estão sendo feitos planos para completar os projetos de engenharia, desenvolvimento de materiais e o início da construção do primeiro elevador. O financiamento até agora tem vindo do NASA Institute for Advanced Concepts. Espera-se que o financiamento no futuro venha da NASA, do Departamento de Defesa dos Estados Unidos, e de fontes públicas e privadas.
O maior empecilho para o projeto proposto por Edwards são os limites tecnológicos para o material do cabo. Os seus cálculos pedem uma fibra composta de nanotubos de carbono unidas por cola epoxy, com uma resistência mínima à tração de 130 GPa (incluindo um fator de segurança de 2); entretanto, testes feitos em 2000 de nanotubos de carbono individuais, que devem ser bem mais fortes que uma fibra feita com epoxy, indicam uma valor máximo de 52GPa. Nanotubos de carbono com múltipla parede apresentaram resistência à tração de até 63 GPa.
Os proponentes do elevador espacial planejam competições para tecnologias de elevadores espaciais, similares ao Ansari X Prize. Elevator:2010 irá organizar competições anuais para ascensores, fitas e sistemas de raios de energia. O Robolympics Space Elevator Ribbon Climbing organiza competições de robôs ascensores. Em março de 2005, o programa da NASA Centennial Challenges anunciou uma parceria com o Spaceward Foundation (o operador de Elevator:2010), elevando o valor total dos prêmios para 400 mil dólares.
Em 27 de abril de 2005, o LiftPort Group, formado por companhias de elevador espacial, anunciou que construirá uma planta de manufatura de nanotubos de carbono em Millville, Nova Jersey, para fornecer esses fortes materiais a indústrias de vidros, plástico e metais. Apesar da LiftPort ter esperanças de eventualmente usar nanotubos na construção de um elevador espacial de 100 000 km, essa ação permitirá que tenha lucros a curto prazo e conduza pesquisas e desenvolvimentos em novos métodos de produção. Em 9 de Setembro o grupo anunciou que obteve permissão da Federal Aviation Administration para usar o espaço aéreo para conduzir testes preliminares com os seus ascensores robóticos de alta altitude. A experiência foi um sucesso.
Em 13 de fevereiro de 2006, o LiftPort Group anunciou que no início do mesmo mês testou uma milha de cabo de elevador espacial feito de um composto de fibras de carbono e fibra de vidro medindo 5 cm de largura e 1 mm de espessura, elevado por balões.
A companhia x-Tech Projects também estuda um elevador espacial comercial.
Tipos Elevadores espaciais sem cabo Atualmente apenas os elevadores espaciais que usam cabos são ativamente pesquisados para exploração espacial, mas existem alguns conceitos relacionados que merecem menção: as fontes espaciais, e as estruturas compressivas espaciais (estruturas que se mantêm em posição por si mesmas).
Uma fonte espacial utilizaria projéteis disparados do solo por uma mass driver (um dispositivo que usa forças magnéticas para acelerar os projéteis), com os projéteis viajando no centro da torre. Estes projéteis iriam passar sua energia cinética para a torre por meio de um desvio causado por um campo magnético que colocaria os mesmos em direção ao solo novamente. Desta forma, a estrutura não seria suportada pela compressão de uma estrutura, e poderia ter centenas de quilômetros de altura. Além disso, ao contrário de elevadores espaciais, que usam um cabo, e que precisam ser posicionados próximos ao equador, as fontes espaciais poderiam ser colocadas em qualquer latitude. Entretanto, as fontes espaciais necessitariam de alimentação de energia contínua para se manter em funcionamento.
Estruturas compressivas são similares a torres de rádio. Apesar de estas estruturas poderem atingir a altitude espacial (100 km), é improvável que atinjam a órbita geoestacionária (35 786 km). Devido à diferença entre voos orbitais e suborbitais, seriam necessários foguetes adicionais ou outras formas de propulsão para atingir a velocidade orbital. Arthur C. Clarke propôs uma torre espacial compressiva feita de diamante em sua novela 2061: Odisseia Três, uma segunda sequência à sua famosa 2001: Uma Odisseia no Espaço.
Elevadores orbitais