Matematik a strojný inžinier na Univerzite Johnsa Hopkinsa

Matematik a strojný inžinier z Johns Hopkins University v Spojených štátoch navrhli, že pokiaľ výrobcovia výťahov prijmú viac biologických techník, upravia hodnotenia rizík a postavia nejaké automatizované opravárenské roboty, v blízkej budúcnosti vybudujú priestor. Výťah je úplne možný.
Sina Technology News Pekingský čas 11. júna správy, podľa správ zahraničných médií sú vesmírne výťahy už dlho jednou z tém sci-fi v reálnom živote, a to je tiež realizovateľnosť NASA a iných inštitúcií. Predmet výskumu. Súčasný konsenzus, ku ktorému dospeli inžinieri, je, že vesmírne výťahy sú veľmi dobrý nápad, ale proces výstavby zahŕňa obrovské napätie a tlak a existujúce materiály nedokážu splniť ich požiadavky.

Matematik a strojný inžinier z Johns Hopkins University v Spojených štátoch však navrhli, že pokiaľ výrobcovia výťahov prijmú viac biologických techník, upravia hodnotenia rizík a postavia nejaké automatizované roboty údržby, budú budovať budúcnosť. Vesmírne výťahy sú úplne možné.

Vo výskumnej správe autori Dan Popescu a Sean Sun simulovali dizajn vesmírneho výťahu, ktorý zistil maximálny stres a maximálny ťah na základe biologických štruktúr (napr. väzy a šľachy). Vypočíta sa pomer sily predĺženia. To je oveľa vyššie ako pomer napätia a pevnosti používaný v strojárstve a schopnosť materiálu absorbovať sily je najmenej dvojnásobkom lomovej sily.

Výskumníci poukazujú na to, že pomery intenzity napätia, ako je tento, sú prijateľné pre bežné stavebné projekty, ale pre veľké budovy je tento pomer príliš prísny na kontrolu pravdepodobnosti zlyhania. Stojí za zmienku, že vesmírny výťah je veľmi veľký a môže byť najväčšou budovou postavenou ľuďmi.

Konštrukcia vesmírnych výťahov umožňuje prepravu ľudí a vesmírnych materiálov mimo zemskej atmosféry. V niektorých návrhoch vesmírnych výťahov nie je zmienka o potrebe použitia rakiet. Najstarší koncept vesmírneho výťahu navrhol ruský vedec Konstantin Tsiolkovsky v roku 1895.

Od roku 1895 vedci pokračovali v zdokonaľovaní dizajnu vesmírnych výťahov, ale základný dizajn výťahu sa nezmenil. Vesmírny výťah obsahuje kábel, ktorý je pevný na zemi a zvyčajne siaha nahor na geostacionárnu obežnú dráhu - asi 35 786 kilometrov od zeme.

Na hornom konci kábla je rovnováha, gravitácia a vonkajšia odstredivá sila uvedú kábel do napätia a umiestni nákladný priestor pozdĺž kábla, ktorý sa pohybuje hore a dole po kábli. Hlavným problémom tohto vesmírneho výťahu je, že tlak na extra dlhý kábel je taký veľký, že mu momentálne nič nestačí vydržať.

V posledných desaťročiach prebehlo niekoľko veľkých dizajnérskych súťaží a návrhov na vyriešenie tohto problému, no zatiaľ nikto neuspel. Nedávno navrhnutým riešením bol projekt Google X spustený spoločnosťou Google v roku 2014, ale nikto nebol schopný vyrobiť káble z uhlíkových nanorúr so superpevnosťou dlhšie ako 1 meter a plán výstavby vesmírneho výťahu bol pozastavený.

Je zrejmé, že uhlíkové nanorúrky sú veľkou nádejou pre vesmírny výťah slovný značkový výťah inžinieri, ale táto nádej môže byť zmarená. Výskumný model z roku 2006 predpovedal, že v nanotrubicovom kábli s dĺžkou približne 100 000 metrov musia byť určité defekty, čo znížilo celkovú pevnosť kábla o 70 %.

Propscu vo výskumnej správe navrhol iné riešenie. Hoci uhlíkové nanorúrky sú teoreticky najlepšou voľbou pre káble vesmírnych výťahov, súčasná technológia nedokáže vyrobiť uhlíkové nanorúrky s dĺžkou niekoľkých centimetrov, preto sa používajú uhlíkové nanometre. Nie je možné vyrábať vesmírne výťahy. Navrhol však použitie niektorých kompozitných materiálov – uhlíkových nanorúrok kombinovaných s inými materiálmi, ktorých pevnosť je síce slabšia ako u čistých uhlíkových nanorúrok, ale používame samoopravné mechanizmy na zvýšenie pevnosti materiálu, aby sme zabezpečili stabilitu super budovy.

Tento samoopravný mechanizmus je kľúčový a výskumníci navrhli dizajn kábla, ktorý rozdeľuje jeho smer na dva, nahor, na sériu „naskladaných segmentov“; laterálne, do série "paralelných káblových vlákien. Keď zlyhá akékoľvek káblové vlákno, táto situácia často nastane, jeho vplyv je obmedzený na jeho vlastnú časť stohu a hmotnosť záťaže sa okamžite rozdelí na paralelný kábel, kým nepríde opravujúci robot na výmenu.

Výskumníci poukázali na to, že s týmto „autonómnym mechanizmom opráv“ môžu vesmírne výťahy zabezpečiť spoľahlivosť pri vysokých úrovniach namáhania a zároveň môžu byť vyrobené z materiálov s nižšou pevnosťou, čo približuje skutočnú realizovateľnosť.

Propscu poukázal na to, že základom všetkých týchto modelov vesmírnych výťahov je postupne sa znižujúci pomer napätia, kombinácia konštrukčných štandardov inžinierstva a biologických princípov. Zdôraznil, že ľudské Achillove šľachy a chrbtica dokážu odolať obrovskému namáhaniu, ktoré je veľmi blízke ich pevnosti v ťahu, ktorá je väčšia ako namáhanie, ktoré inžinieri navrhujú na oceľ.

Hlavným dôvodom je, že aspoň do určitej miery majú šľachy a chrbtica samoopravnú schopnosť, ktorá oceľovým materiálom chýba. Výskumníci sa domnievajú, že pridanie biologických mechanizmov šliach a chrbtice do konštrukcie vesmírneho výťahu znamená, že nemusíme čakať na nové futuristické materiály.

Propscu povedal: „Sme presvedčení, že super veľké stavebné konštrukcie, ako sú vesmírne výťahy, musia plne zvážiť možnosť zlyhania komponentov a tiež potrebujú samoopravný mechanizmus na výmenu poškodených komponentov. Tým sa zabezpečí vysoká záťaž vesmírneho výťahu. Spustite bez poškodenia jeho integrity. To znamená, že je možné stavať nadstavby s použitím existujúcich materiálov!"