Imaginez une tour creuse avec des murs minces comme du papier. Imaginez maintenant qu’il est fabriqué à partir du matériau le plus léger et le plus résistant au monde, peut-être une fibre de nanocarbone ou de graphène, avec des côtés d’une largeur de 12 milles et d’une hauteur de 22 000 milles. Les voitures de transport montent et descendent sur ses faces, vers et depuis l'orbite géosynchrone.
Ce que vous imaginez, c'est un ascenseur vers l'espace, comme l'a décrit Sir Arthur C. Clarke dans son roman de science-fiction de 1979, The Fountains of Paradise.
Le livre de Clarke était le premier compte rendu populaire d'une idée décrite en 1895 par le scientifique russe Konstantin Tsiolkovsky, qui avait imaginé un "château céleste" dans l'espace, attaché à la Terre par une tour massive. En 1960, un ingénieur russe, Yuri Artsutanov, décrit une version plus moderne. Ce n’est qu’en 1975, quand un ingénieur nommé Jerome Pearson a publié un article technique sur le concept, que l’idée d’un ascenseur dans l’espace a été remarquée. Clarke a beaucoup fait appel à l'expertise de Pearson pour écrire le livre.
Le nouveau film documentaire Sky Line explore les raisons pour lesquelles la notion d'ascenseur spatial a persisté malgré les obstacles technologiques majeurs et certaines divisions interpersonnelles tout aussi importantes. Présenté en novembre 2015 au festival de films DocNYC à New York, le film est maintenant disponible en ligne et sera projeté au DC Environmental Film Festival et dans d'autres festivals indépendants tout au long de 2016.
Le nouveau film documentaire Sky Line décrit un groupe de personnes qui ont travaillé sur le concept des ascenseurs spatiaux. (Jonny Leahan et Miguel Drake-McLaughlin) Voici ce que toutes les propositions d'ascenseurs ont en commun: à partir d'une plate-forme ancrée dans l'océan quelque part le long de l'équateur, les ascenseurs montent et descendent sur un câble épais ou un large ruban plat en matériau à base de nanotubes de carbone, tendu par un contrepoids à 62 000 milles au-dessus de la Terre. En utilisant des rouleaux ou de la lévitation magnétique pour grimper le fil, les voitures peuvent mettre à peine cinq heures pour effectuer le trajet en orbite géosynchrone, mais à une fraction - peut-être un centième - du coût des tirs de roquettes d'aujourd'hui.
Aussi étrange que cela paraisse, un ascenseur spatial rendrait l'accès à l'espace accessible, abordable et potentiellement très lucratif. Mais la raison pour laquelle cela ne s'est pas encore produit tient essentiellement aux matériaux: même les meilleurs matériaux d'aujourd'hui, super forts et super légers, ne sont toujours pas assez performants pour supporter un ascenseur spatial.
Pas faute d'essayer, cependant. Des chercheurs de Penn State ont annoncé en 2014 qu'ils avaient créé des nanothreads de diamant en laboratoire, qui ont été modélisés à l'aide de simulations informatiques par des chercheurs australiens. La recherche sur la technologie des nanotubes de carbone (CNT) se poursuit et de nouvelles avancées dans la recherche sur le graphène semblent être annoncées tous les mois.
Dans Sky Line, les réalisateurs Jonny Leahan et Miguel Drake-McLaughlin présentent un groupe de personnes qui ont travaillé étroitement sur le concept d’ascenseur spatial. L’histoire suit les efforts les plus minutieux menés à ce jour pour la construction d’un ascenseur spatial, y compris le financement par la NASA pour la recherche, la conception et même les défis du style XPRIZE tout au long de 2011. Leur motivation à créer le film découle de discussions en cours entre l'état actuel de la technologie spatiale américaine.
«Il y a cette idée que nous avons perdu de la place, puisque la NASA a retiré la navette et que nous ne faisons rien pour la remplacer», déclare Leahan. «Mais les gens ne comprennent pas que la NASA est bien vivante et travaille sur un nombre incroyable de projets visionnaires. Nous avons réalisé qu'il se passait beaucoup de choses, même s'ils ne travaillaient peut-être pas actuellement sur un ascenseur.
L’idée d’un ascenseur a fait l’objet de débats entre les cinéastes. En approfondissant cette question, ils ont découvert deux personnages principaux, Bradley Edwards et Michael Laine.
Edwards, physicien expérimenté dans le domaine de l'astrophysique, notamment au Laboratoire national Los Alamos depuis 11 ans, travaille sur un concept d'ascenseur spatial depuis 1998. Laine est un entrepreneur privé et fondateur de LiftPort, une entreprise mission était de faire progresser la technologie des nanotubes de carbone. Tom Nugent, ingénieur en aérospatiale, et Ted Semon, ancien président de l'International Space Elevator Consortium (ISEC), font également partie des personnages.
«Nous avons remarqué que beaucoup de personnes à qui nous avons parlé rêvaient d’être des astronautes plus jeunes», déclare Leahan. «Ils persistent parce qu'ils sont frustrés de vouloir aller dans l'espace, mais ils ne disposent ni de la technologie ni des ressources pour envoyer un très grand nombre de personnes dans l'espace. Ils veulent juste faire quelque chose à ce sujet. "
À la fin des années 1990 et au début des années 2000, Edwards a reçu deux séries de financement d'un bras de recherche de la NASA appelé Innova Advanced Concepts (NIAC) de la NASA, baptisé Institute for Advanced Concepts. Le travail d'Edwards consistait en une vaste étude de faisabilité, examinant toutes les facettes d'un ascenseur spatial, de la conception à la construction en passant par son déploiement et son exploitation. Sa conclusion: l'ascenseur spatial pourrait être construit avec la technologie existante, sans la longe super légère nécessaire au bon fonctionnement de l'ensemble.
Edwards s'est ensuite associé à Laine chez LiftPort dans le but de mobiliser des capitaux pour le projet, mais ils se sont rapidement séparés en raison de désaccords financiers. Le film donne presque l'impression que la faille est la raison pour laquelle un ascenseur spatial ne sera pas construit de si tôt.
Pearson, qui apparaît également dans le film, affirme que les projets de la taille d'un ascenseur spatial ont naturellement une grande capacité de friction.
«Lorsque vous avez une idée aussi unique que celle-ci, les personnes qui sont attirées par son travail sont exceptionnelles dans leur domaine et nombre d'entre elles ne veulent pas se laisser aller à quelqu'un d'autre», dit-il. "Ce n'est qu'une partie du jeu."
LiftPort s'est effondré en 2007, malgré des démonstrations de robots grimpant à mi-chemin sur une bande de ruban de nanotubes de carbone d'un kilomètre de long suspendue à des ballons. En 2012, Laine a redonné vie à l'entreprise par le biais d'une campagne Kickstarter réussie visant à développer des partenariats pour créer un ascenseur spatial basé sur la Lune. Laine et Pearson affirment qu'un ascenseur lunaire est constructible et qu'il pourrait permettre d'extraire l'abondante quantité d'oxygène, de silicium, de fer, d'aluminium et de magnésium présente sur la surface poussiéreuse de la lune.
Mais avec une totale franchise, Laine dit que le LiftPort original était "terrible" avec des nanotubes de carbone, et que les efforts d'entreprises comme SpaceX et Blue Origin pour construire des fusées réutilisables pourraient faire disparaître la nécessité d'un ascenseur spatial. Le but a toujours été de réduire le coût actuel par livre de charge utile (en dizaines de milliers de dollars) à des centaines voire des dizaines de dollars. Quoi qu’il en soit, Laine continue de croire que l’utilisation de la technologie des nanotubes de carbone est essentielle à l’avenir de l’accès à l’espace.
«S'ils perfectionnent la fusée réutilisable, il sera difficile pour l'ascenseur d'obtenir un financement, car la raison principale de l'ascenseur était de réduire les coûts liés à l'orbite», a déclaré Laine. «Mais les civilisations ont connu des hauts et des bas en raison d'un changement de force matérielle d'une décimale, et vous parlez maintenant de plusieurs ordres de grandeur. Je pense que nous ne comprendrons même pas à quoi ressemblera l'avenir une fois que nous maîtriserons les nanotechnologies. "
Edwards a commencé les réunions annuelles de l'ISEC en 2008, qui rassemblent environ 50 à 60 personnes chaque année pour s'attaquer aux problèmes pouvant être résolus maintenant, notamment l'élimination des débris spatiaux, la construction de meilleurs robots d'escalade et le développement de systèmes d'alimentation laser à distance. Il dit qu'il a constamment demandé à diriger un effort ciblé visant à concrétiser l'ascenseur spatial. Le soutien institutionnel n’est tout simplement pas là, ajoute-t-il.
«Le problème avec tous les efforts liés aux ascenseurs spatiaux est qu’il n’ya pas de véritable soutien», déclare Edwards. «Voilà à quoi ressemble un projet lorsqu'il est réalisé en tant que passe-temps, par des centaines de personnes réparties dans le monde entier. Il n'y aura pas de progrès substantiel jusqu'à ce qu'il y ait un soutien réel et une gestion de coordination professionnelle pour l'effort. "
Bien qu'il reste un ardent défenseur des ascenseurs spatiaux, Edwards a depuis concentré ses efforts sur des applications plus pratiques de la technologie des nanotubes de carbone. Sa société actuelle, Plasma Ten, produit des nanotubes de carbone destinés au renforcement des plastiques et des époxydes.
La conception d’Obayashi consiste en un port terrestre flottant relié à une station d’orbite terrestre géostationnaire à une altitude d’environ 22 000 milles au moyen d’un câble à nanotubes de carbone. (© Obayashi Corporation, tous droits réservés) 
Le port terrestre mesure environ 1 300 pieds de diamètre. (© Obayashi Corporation, tous droits réservés) 
La société de construction Obayashi Company s'est engagée à faire fonctionner un ascenseur d'ici 2050. (© Obayashi Corporation, Tous droits réservés) 
Voici l'intérieur de la station d'orbite terrestre géostationnaire. (© Obayashi Corporation, tous droits réservés) 
Une autre vue intérieure de la station d’orbite terrestre géostationnaire. (© Obayashi Corporation, tous droits réservés) Aux États-Unis, bon nombre de ces acteurs sont passés à d'autres projets, mais les chercheurs d'autres régions du monde restent concentrés.
Au Japon, l'ascenseur spatial fait pratiquement partie de la psyché nationale, en partie grâce à la profonde expertise de chercheurs japonais dans les domaines de la robotique et de la technologie des nanotubes de carbone, à commencer par la découverte des nanotubes de carbone en 1991 par le chercheur japonais Sumio Iijima. La société de construction Obayashi Company s'est engagée à faire fonctionner un ascenseur d'ici 2050. L'ingénieur en chef de la recherche, Yoji Ishikawa, a déclaré que la société collaborait avec des fabricants privés et des universités pour améliorer la technologie existante des nanotubes de carbone.
«Nous comprenons que le projet est difficile», déclare Ishikawa. «Notre technologie est très basse. Si nous devons avoir 100 ans pour construire un ascenseur, nous en sommes actuellement à 1 ou 2. Mais nous ne pouvons pas dire que ce projet n'est pas possible. À l'heure actuelle, nous ne voyons aucun obstacle majeur. Cela vaut la peine d'essayer, et si nous ne le faisons pas, nous ne pourrons rien obtenir. "
Ishikawa ajoute qu'Obayashi, qui vient de terminer le plus haut gratte-ciel autoportant, le Tokyo SkyTree, espère être impliqué dans le test d'un câble d'attache basé sur les nanotubes de carbone entre deux satellites. Les chercheurs compareront le fonctionnement de cette attache avec le comportement d'une version beaucoup plus longue, modélisé par ordinateur.
Ishikawa admet que l'initiative de la société a commencé comme une expérience de pensée et que des projets de cette nature sont généralement annulés une fois qu'un document conceptuel est publié. Mais le public japonais et les autres pays ont accueilli l'ascenseur spatial avec une telle chaleur que l'entreprise a décidé de poursuivre ses efforts, a déclaré Ishikawa.
«Peut-être une des raisons pour laquelle l'ascenseur spatial est si populaire ici est que, dans les deux dernières décennies, les choses n'ont pas été aussi bonnes sur le plan économique et que les Japonais ont perdu confiance en eux-mêmes», a déclaré Ishikawa. «Ils recherchent un grand projet qui les encourage. Bien entendu, cela ne peut et ne devrait pas être fait par un seul pays, mais en tant qu'entreprise internationale. Mais peut-être que le Japon pourrait faire preuve de leadership dans ce domaine en raison de sa popularité parmi la population.
Leahan note que même si un ascenseur spatial ne fait pas partie de la tendance américaine, le processus de création du film a révélé un cadre passionné de personnes travaillant sur le projet, même s'il est peu probable que cela se réalise de leur vivant.
«En fin de compte, il s’agit de poursuivre des rêves et de réfléchir à ce qui est possible, et pose la question suivante: continuons-nous à rêver comme avant?», Dit-il. "Peut-être que nous le faisons, mais les grandes idées sont maintenant dans la réduction des choses."
