Likovna ilustracija masivnega sistema za prevoz dvigala v vesolje. Prihodnje različice tehnologije bi se lahko nekega dne popravile.
(Slika: © Japan Space Elevator Association)
Vesoljska dvigala za prevoz potnikov in tovora v orbito in iz nje bi lahko bila zgrajena z obstoječimi materiali, če tehnologija poišče navdih iz biologije, da se po potrebi popravi, ugotavlja nova študija.
Teoretično je vesoljsko dvigalo sestavljeno iz kabla ali svežnja kablov, ki segajo na tisoče kilometrov do protiuteži v vesolju. Vrtenje Zemlje bi ohranilo žičnico, plezalna vozila pa bi s hitrostjo vlaka potegnila kabel navzgor in navzdol.
Vožnja do vesoljskega dvigala bo verjetno trajala nekaj dni. Ko pa se zgradi vesoljsko dvigalo, bi bilo potovanje v vesolje po tehnologiji lahko veliko cenejše in varnejše kot na raketi. Tehnologija vesoljskega dvigala je zdaj preizkušena v resničnem življenju v japonskem poskusu STARS-Me (skratka za Space Tethered Autonomous Robotic Satellite-Mini Elevator), ki je prišel na Mednarodno vesoljsko postajo 27. septembra na japonskem robotskem tovornem vesoljskem letalu HTV-7. .
Koncept dvigala v vesolje, ki je podobno lupini, sega v "miselni eksperiment" iz leta 1895 ruskega vesoljskega pionirja Konstantina Tsiolkovskyja. Od takrat so se takšne "megastrukture" pogosto pokazale v znanstveni fantastiki. Ključna težava pri ustvarjanju dvigal je vesolje, ki je dovolj močan, da zdrži izredne sile, s katerimi bi se srečal. [„Steber v nebo“: Vprašanja in vprašanja o vesolju z avtorjem Williamom Forstchenom]
Naravna izbira za gradnjo kabla za dvigalo so ogljikove cevi široke le nanometre ali milijarde metrov. Prejšnje raziskave so pokazale, da se lahko takšne ogljikove nanocevke izkažejo za 100-krat močnejše od jekla pri šestini teže.
Vendar pa lahko znanstveniki trenutno naredijo ogljikove nanocevke, dolge največ približno 21 centimetrov (55 centimetrov). Ena od možnosti je uporaba kompozitov, napolnjenih z ogljikovimi nanocevkami, vendar ti sami po sebi niso dovolj močni.
Zdaj so raziskovalci predlagali, da bi črpanje navdiha iz biologije lahko pomagalo inženirjem pri izdelavi vesoljskih dvigal z uporabo obstoječih materialov. "Upajmo, da bo to navdihnilo nekoga, da bi poskusil zgraditi vesoljsko dvigalo," je za Space.com povedal soavtor študije Sean Sun, inženir strojništva z univerze Johns Hopkins v Baltimoru.
Bio-dvigalo navdih
Znanstveniki so ugotovili, da inženirji pri načrtovanju konstrukcij pogosto zahtevajo, da materiali teh konstrukcij delujejo pri polovici njihove največje natezne trdnosti ali manj od tega. To merilo omejuje možnosti propadanja konstrukcij, saj jim omogoča prost odziv pri spreminjanju trdnosti materiala ali nepredvidenih okoliščinah. [Ali bomo kdaj uporabili rakete, da bi dosegli vesolje?]
Nasprotno, pri ljudeh Ahilova tetiva rutinsko vzdrži mehanske napetosti, ki so zelo blizu njeni
končna natezna trdnost. Raziskovalci so povedali, da biologija lahko potisne materiale do svojih meja zaradi mehanizmov neprekinjenega popravljanja.
"S samopopravljanjem je mogoče inženirske konstrukcije oblikovati drugače in bolj robustno," je dejal Sun.
Na primer, motor, ki poganja bičkaste flagele, ki jih številne bakterije uporabljajo za pogon, "se vrti s približno 10.000 vrtljaji v minuti (vrtljaji na minuto), hkrati pa aktivno popravlja in obrača vse svoje sestavne dele na časovni lestvici minut," Je dejal Sun. "To je tako, kot da vozite po cesti s hitrostjo 160 km / h, medtem ko vzamete svoje motorje in menjalnik, da jih zamenjate!"
Raziskovalci so razvili matematični okvir, s katerim so analizirali, kako dolgo lahko traja vesoljsko dvigalo, če bi se deli njegovega priveza naključno zgodili zlom, toda megastruktura je imela samostojno popravilo
mehanizem. Raziskovalci so ugotovili, da je bilo mogoče zelo zanesljivo vesoljsko dvigalo uporabiti trenutno obstoječe materiale, če je bilo opravljeno zmerno popravilo, na primer pri robotih.
Na primer, glede na komercialno sintetično vlakno, znano kot M5, "je možen privezovanje mase 4 milijarde ton," je dejal Sun. "To je približno 10.000-krat večja masa [najvišje] zgradbe na svetu, Burj Khalifa. Bolj realno je, da bo nekaj takega, kot je kompozit iz ogljikove nanocevke, delo.
Dan Popescu, doktorski študent na univerzi Johns Hopkins, Dan Sonca in študije, je svoje ugotovitve podrobno predstavil v sredo (17. oktobra) v reviji Journal of the Royal Society Interface.
