Un matematician și un inginer mecanic la Universitatea Johns Hopkins

Un matematician și un inginer mecanic de la Universitatea Johns Hopkins din Statele Unite au sugerat că, atâta timp cât producătorii de lifturi adoptă mai multe tehnici biologice, ajustează evaluările riscurilor și construiesc niște roboți de reparații automate, ei vor construi un spațiu în viitorul apropiat. Liftul este complet posibil.
Sina Technology News Beijing timp pe 11 iunie știri, conform rapoartelor mass-media străine, ascensoarele spațiale au fost mult timp una dintre temele de science fiction în viața reală, iar aceasta este, de asemenea, fezabilitatea NASA și a altor instituții. Subiectul cercetării. Consensul actual la care au ajuns inginerii este că lifturile spațiale sunt o idee foarte bună, dar procesul de construcție implică stres și presiune enormă, iar materialele existente nu le pot satisface cerințele.

Cu toate acestea, un matematician și un inginer mecanic de la Universitatea Johns Hopkins din Statele Unite au sugerat că atâta timp cât producătorii de ascensoare adoptă mai multe tehnici biologice, ajustează evaluările riscurilor și construiesc niște roboți de întreținere automată, ei își vor construi un viitor. Ascensoarele spațiale sunt pe deplin posibile.

Într-un raport de cercetare, autorii Dan Popescu și Sean Sun au simulat designul ascensorului spațial, care a găsit stres maxim și tracțiune maximă pe baza structurilor biologice (de exemplu, ligamente și tendoane). Se calculează raportul dintre rezistența extensiei. Acesta este mult mai mare decât raportul rezistență la stres utilizat în inginerie, iar capacitatea materialului de a absorbi forțele este de cel puțin două ori forța de rupere.

Cercetătorii subliniază că astfel de rapoarte de stres-intensitate sunt acceptabile pentru proiectele normale de inginerie civilă, dar pentru clădirile mari, acest raport este prea strict pentru a controla probabilitatea de defecțiune. Este de remarcat faptul că liftul spațial este foarte mare și poate fi cea mai mare structură de clădire construită de oameni.

Construcția ascensoarelor spațiale permite ca oamenii și materialele spațiale să fie transportate în afara atmosferei Pământului. În unele modele de ascensoare spațiale, nu se menționează necesitatea de a folosi rachete. Cel mai vechi concept de lift spațial a fost propus de omul de știință rus Konstantin Ciolkovski în 1895.

Din 1895, oamenii de știință au continuat să perfecționeze designul lifturilor spațiale, dar designul de bază al liftului nu s-a schimbat. Ascensorul spațial conține un cablu care este solid pe pământ, extinzându-se de obicei în sus pe orbita geostaționară – la aproximativ 35.786 de kilometri de sol.

La capătul superior al cablului se află un echilibru, gravitația și forța centrifugă exterioară pun cablul în tensiune, plasând un compartiment de marfă de-a lungul cablului care se mișcă în sus și în jos pe cablu. Principala problemă cu acest ascensor spațial este că presiunea asupra cablului extra-lung este atât de mare încât nimic nu este suficient în prezent pentru a-i rezista.

În ultimele decenii, au existat câteva competiții mari de design și propuneri pentru a rezolva această problemă, dar până acum nimeni nu a avut succes. Soluția propusă recent a fost proiectul Google X lansat de Google în 2014, dar nimeni nu a reușit să fabrice cabluri de nanotuburi de carbon super-rezistente, lungi de peste 1 metru, iar planul de construcție a liftului spațial a fost pus în așteptare.

Se înțelege că nanotuburile de carbon sunt o mare speranță pentru liftul spațial lift marca cuvânt ingineri, dar această speranță poate fi năruită. Un model de cercetare din 2006 a prezis că trebuie să existe anumite defecte în cablul de nanotuburi de aproximativ 100.000 de metri lungime, ceea ce a redus rezistența totală a cablului cu 70%.

Propscu a propus o soluție diferită în raportul de cercetare. Deși nanotuburile de carbon sunt teoretic cea mai bună alegere pentru cablurile lifturilor spațiale, tehnologia actuală nu poate produce nanotuburi de carbon cu lungimea de mai mulți centimetri, așa că se folosesc nanometrii de carbon. Nu este posibilă fabricarea ascensoarelor spațiale. Cu toate acestea, el a propus utilizarea unor materiale compozite - nanotuburi de carbon combinate cu alte materiale, deși rezistența este mai slabă decât nanotuburile de carbon pur, dar folosim mecanisme de auto-vindecare pentru a spori rezistența materialului pentru a asigura stabilitatea super-cladirii.

Acest mecanism de auto-vindecare este crucial, iar cercetătorii au propus un design de cablu care împarte direcția în două, în sus, într-o serie de „segmente stivuite”; lateral, într-o serie de „filamente de cablu paralel. Când orice filament de cablu se defectează, această situație va apărea adesea, influența sa este limitată la propria secțiune a stivei, iar greutatea încărcăturii este imediat împărțită cablului paralel până când robotul de reparare sosește pentru înlocuire.

Cercetătorii au subliniat că cu acest „mecanism autonom de reparare”, lifturile spațiale pot asigura fiabilitatea la niveluri ridicate de stres și, în același timp, pot fi realizate din materiale cu rezistență mai mică, ceea ce face ca fezabilitatea efectivă să fie mai aproape.

Propscu a subliniat că baza tuturor acestor modele de ascensoare spațiale este scăderea treptată a raportului de stres, combinația dintre standardele de proiectare inginerească și principiile biologice. El a subliniat că tendoanele umane lui Ahile și coloana vertebrală pot rezista la solicitări uriașe, foarte apropiate de rezistența lor la tracțiune, care este mai mare decât solicitările pe care inginerii le proiectează oțelul.

Motivul principal este că, cel puțin într-o oarecare măsură, tendoanele și coloana vertebrală au putere de auto-reparare, care lipsește materialele din oțel. Cercetătorii cred că adăugarea mecanismelor biologice ale tendoanelor și coloanei vertebrale la designul liftului spațial înseamnă că nu trebuie să așteptăm noi materiale futuriste.

Propscu a spus: „Credem că structurile super-mari ale clădirilor, cum ar fi ascensoarele spațiale, trebuie să ia în considerare pe deplin posibilitatea defecțiunii componentelor și, de asemenea, au nevoie de un mecanism de auto-vindecare pentru a înlocui componentele deteriorate. Acest lucru va asigura că liftul spațial este sub sarcină mare. Rulați fără a-i deteriora integritatea. Aceasta înseamnă că este posibil să se construiască suprastructuri folosind materiale existente!”