En matematiker og en maskiningeniør ved Johns Hopkins University

En matematiker og en maskiningeniør ved Johns Hopkins University i USA foreslog, at så længe elevatorproducenter anvender flere biologiske teknikker, justerer risikovurderinger og bygger nogle automatiserede reparationsrobotter, vil de bygge et rum i den nærmeste fremtid. Elevatoren er fuldt ud mulig.
Sina Technology News Beijing tid den 11. juni nyheder, ifølge udenlandske medier rapporter, rum elevatorer har længe været et af temaerne for science fiction i det virkelige liv, og dette er også gennemførligheden af ​​NASA og andre institutioner. Genstand for forskning. Den nuværende konsensus blandt ingeniører er, at rumelevatorer er en meget god idé, men byggeprocessen involverer enorm stress og pres, og eksisterende materialer kan ikke opfylde deres krav.

En matematiker og en maskiningeniør ved Johns Hopkins University i USA foreslog imidlertid, at så længe elevatorproducenter anvender flere biologiske teknikker, justerer risikovurderinger og bygger nogle automatiserede vedligeholdelsesrobotter, vil de bygge en fremtid. Rumelevatorer er fuldt ud mulige.

I en forskningsrapport simulerede forfatterne Dan Popescu og Sean Sun rumelevatordesignet, som fandt maksimal stress og maksimalt træk baseret på biologiske strukturer (f.eks. ledbånd og sener). Forholdet mellem styrken af ​​forlængelsen beregnes. Dette er meget højere end det spændings-styrkeforhold, der bruges i ingeniørarbejde, og materialets evne til at absorbere kræfter er mindst dobbelt så stor som brudkraften.

Forskerne påpeger, at stress-intensitetsforhold som dette er acceptable for normale anlægsprojekter, men for store bygninger er dette forhold for strengt til at kontrollere sandsynligheden for fejl. Det er værd at bemærke, at rumelevatoren er meget stor og kan være den største bygningskonstruktion bygget af mennesker.

Konstruktionen af ​​rumelevatorer gør det muligt at transportere mennesker og rummaterialer uden for Jordens atmosfære. I nogle rumelevatordesign er der ingen omtale af behovet for at bruge raketter. Det tidligste rumelevatorkoncept blev foreslået af den russiske videnskabsmand Konstantin Tsiolkovsky i 1895.

Siden 1895 har forskere fortsat med at forfine design af rumelevatorer, men det grundlæggende design af elevatoren har ikke ændret sig. Rumelevatoren indeholder et kabel, der er solidt på jorden, normalt strækker sig opad i den geostationære bane - omkring 35.786 kilometer fra jorden.

I den øverste ende af kablet er en balance, tyngdekraft og udadgående centrifugalkraft, der sætter kablet i spænding, og placerer et lastrum langs kablet, der bevæger sig op og ned i kablet. Hovedproblemet med denne rumelevator er, at trykket på det ekstra lange kabel er så stort, at intet i øjeblikket er nok til at modstå det.

I de sidste par årtier har der været nogle store designkonkurrencer og forslag til at løse dette problem, men indtil videre har ingen haft succes. Den nyligt foreslåede løsning var Google X-projektet, der blev lanceret af Google i 2014, men ingen var i stand til at fremstille superstyrke nanorørkabler i kulstof på over 1 meter, og byggeplanen for rumelevatorer blev sat i bero.

Det er underforstået, at kulstof nanorør er et stort håb for rum elevator ordet mærke elevator ingeniører, men dette håb kan blive knust. En forskningsmodel fra 2006 forudsagde, at der måtte være visse defekter i nanorørkablet på omkring 100.000 meter langt, hvilket reducerede kablets samlede styrke med 70 %.

Propscu foreslog en anden løsning i forskningsrapporten. Selvom kulstofnanorør teoretisk er det bedste valg til rumelevatorkabler, kan den nuværende teknologi ikke producere kulstofnanorør over flere centimeter i længden, så der bruges kulstofnanometre. Det er ikke muligt at fremstille rumelevatorer. Han foreslog dog brugen af ​​nogle kompositmaterialer – kulstof nanorør kombineret med andre materialer, selvom styrken er svagere end rene kulstof nanorør, men vi bruger selvhelbredende mekanismer til at øge styrken af ​​materialet for at sikre stabiliteten af ​​superbygningen.

Denne selvhelbredende mekanisme er afgørende, og forskerne foreslog et kabeldesign, der deler dets retning i to, op, i en række "stablede segmenter"; lateralt, ind i en serie af "parallelle Kabelfilamenter. Når ethvert kabelfilament svigter, vil denne situation ofte opstå, dens indflydelse er begrænset til dens egen staksektion, og belastningsvægten deles straks med det parallelle kabel, indtil reparationsrobotten ankommer til udskiftning.

Forskerne påpegede, at med denne "autonome reparationsmekanisme" kan rumelevatorer sikre pålidelighed ved høje stressniveauer, og samtidig kan de være lavet af materialer med lavere styrke, hvilket gør den faktiske gennemførlighed tættere på.

Propscu påpegede, at grundlaget for alle disse rumelevatormodeller er det gradvist faldende stressforhold, kombinationen af tekniske designstandarder og biologiske principper. Han understregede, at de menneskelige akillessener og rygsøjlen kan modstå enorme belastninger, meget tæt på deres trækstyrke, som er større end de belastninger, som ingeniører designer stål.

Hovedårsagen er, at sener og rygsøjle i hvert fald til en vis grad har selvreparerende kraft, som mangler i stålmaterialer. Forskere mener, at tilføjelse af de biologiske mekanismer af sener og rygsøjle til rumelevatordesign betyder, at vi ikke behøver at vente på futuristiske nye materialer.

Propscu sagde: "Vi mener, at superstore bygningsstrukturer som rumelevatorer fuldt ud skal overveje muligheden for komponentfejl og også har brug for en selvhelbredende mekanisme til at erstatte beskadigede komponenter. Dette vil sikre, at rumelevatoren er under høj belastning. Kør ned uden at skade dens integritet. Det betyder, at det er muligt at bygge overbygninger ved hjælp af eksisterende materialer!"