Seorang ahli matematik dan jurutera mekanikal di Universiti Johns Hopkins

Seorang ahli matematik dan jurutera mekanikal di Universiti Johns Hopkins di Amerika Syarikat mencadangkan bahawa selagi pengeluar lif menggunakan lebih banyak teknik biologi, melaraskan penilaian risiko, dan membina beberapa robot pembaikan automatik, mereka akan membina ruang dalam masa terdekat. Lif boleh digunakan sepenuhnya.
Sina Technology News Beijing masa pada 11 Jun berita, menurut laporan media asing, lif angkasa lepas telah lama menjadi salah satu tema fiksyen sains dalam kehidupan sebenar, dan ini juga kemungkinan NASA dan institusi lain. Subjek kajian. Konsensus semasa yang dicapai oleh jurutera adalah bahawa lif angkasa adalah idea yang sangat baik, tetapi proses pembinaan melibatkan tekanan dan tekanan yang sangat besar, dan bahan sedia ada tidak dapat memenuhi keperluannya.

Walau bagaimanapun, seorang ahli matematik dan jurutera mekanikal di Universiti Johns Hopkins di Amerika Syarikat mencadangkan bahawa selagi pengeluar lif menggunakan lebih banyak teknik biologi, melaraskan penilaian risiko, dan membina beberapa robot penyelenggaraan automatik, mereka akan membina masa depan. Lif angkasa adalah mungkin sepenuhnya.

Dalam laporan penyelidikan, pengarang Dan Popescu dan Sean Sun mensimulasikan reka bentuk lif angkasa, yang mendapati tekanan maksimum dan tarikan maksimum berdasarkan struktur biologi (cth, ligamen dan tendon). Nisbah kekuatan sambungan dikira. Ini jauh lebih tinggi daripada nisbah tegasan-kekuatan yang digunakan dalam kejuruteraan, dan keupayaan bahan untuk menyerap daya sekurang-kurangnya dua kali ganda daya pecah.

Para penyelidik menunjukkan bahawa nisbah tekanan-intensiti seperti ini boleh diterima untuk projek kejuruteraan awam biasa, tetapi untuk bangunan besar, nisbah ini terlalu ketat untuk mengawal kebarangkalian kegagalan. Perlu diingat bahawa lif angkasa itu sangat besar dan mungkin merupakan struktur bangunan terbesar yang dibina oleh manusia.

Pembinaan lif angkasa membolehkan manusia dan bahan angkasa diangkut ke luar atmosfera Bumi. Dalam beberapa reka bentuk lif angkasa, tidak ada menyebut tentang keperluan untuk menggunakan roket. Konsep lif angkasa terawal telah dicadangkan oleh saintis Rusia Konstantin Tsiolkovsky pada tahun 1895.

Sejak 1895, saintis terus memperhalusi reka bentuk lif angkasa, tetapi reka bentuk asas lif tidak berubah. Lif ruang angkasa mengandungi kabel yang kukuh di bumi, biasanya memanjang ke atas ke orbit geostasioner - kira-kira 35,786 kilometer dari tanah.

Di hujung atas kabel adalah keseimbangan, graviti dan daya empar ke luar yang meletakkan kabel dalam ketegangan, meletakkan petak kargo di sepanjang kabel yang bergerak ke atas dan ke bawah kabel. Masalah utama dengan lif angkasa ini ialah tekanan pada kabel lebih panjang sangat hebat sehingga tiada apa yang cukup untuk menahannya pada masa ini.

Dalam beberapa dekad yang lalu, terdapat beberapa pertandingan reka bentuk yang besar dan cadangan untuk menyelesaikan masalah ini, tetapi setakat ini tiada siapa yang berjaya. Penyelesaian yang dicadangkan baru-baru ini ialah projek Google X yang dilancarkan oleh Google pada tahun 2014, tetapi tiada siapa yang dapat mengeluarkan kabel nanotube karbon berkekuatan super sepanjang 1 meter, dan pelan pembinaan lif angkasa telah ditangguhkan.

Difahamkan bahawa nanotube karbon adalah harapan besar untuk lif angkasa lif jenama perkataan jurutera, tetapi harapan ini mungkin musnah. Model penyelidikan 2006 meramalkan bahawa mesti terdapat kecacatan tertentu pada kabel nanotube sepanjang kira-kira 100,000 meter, yang mengurangkan kekuatan keseluruhan kabel sebanyak 70%.

Propscu mencadangkan penyelesaian yang berbeza dalam laporan penyelidikan. Walaupun tiub nano karbon secara teorinya adalah pilihan terbaik untuk kabel lif angkasa, teknologi semasa tidak dapat menghasilkan nanotiub karbon melebihi beberapa sentimeter panjang, jadi nanometer karbon digunakan. Tidak mungkin untuk mengeluarkan lif angkasa lepas. Walau bagaimanapun, beliau mencadangkan penggunaan beberapa bahan komposit - nanotube karbon digabungkan dengan bahan lain, walaupun kekuatannya lebih lemah daripada nanotube karbon tulen, tetapi kami menggunakan mekanisme penyembuhan diri untuk meningkatkan kekuatan bahan untuk memastikan kestabilan bangunan super.

Mekanisme penyembuhan diri ini adalah penting, dan para penyelidik mencadangkan reka bentuk kabel yang membahagikan arahnya kepada dua, ke atas, menjadi satu siri "segmen bertindan"; secara lateral, menjadi satu siri "filamen Kabel selari. Apabila mana-mana filamen kabel gagal, keadaan ini akan sering berlaku, pengaruhnya terhad kepada bahagian tindanannya sendiri, dan berat beban segera dikongsi dengan kabel selari sehingga robot pembaikan tiba untuk penggantian.

Para penyelidik menegaskan bahawa dengan "mekanisme pembaikan autonomi" ini, lif angkasa boleh memastikan kebolehpercayaan pada tahap tekanan yang tinggi, dan pada masa yang sama, ia boleh dibuat daripada bahan dengan kekuatan yang lebih rendah, yang menjadikan kemungkinan sebenar lebih dekat.

Propscu menegaskan bahawa asas semua model lif angkasa ini adalah nisbah tegasan yang semakin berkurangan, gabungan piawaian reka bentuk kejuruteraan dan prinsip biologi. Beliau menekankan bahawa tendon Achilles manusia dan tulang belakang boleh menahan tekanan yang luar biasa, sangat hampir dengan kekuatan tegangannya, yang lebih besar daripada tegasan yang direka bentuk oleh jurutera keluli.

Sebab utama ialah, sekurang-kurangnya pada tahap tertentu, tendon dan tulang belakang mempunyai kuasa membaiki sendiri, yang kekurangan bahan keluli. Penyelidik percaya bahawa menambahkan mekanisme biologi tendon dan tulang belakang pada reka bentuk lif angkasa bermakna kita tidak perlu menunggu bahan baharu yang futuristik.

Propscu berkata: "Kami percaya bahawa struktur bangunan yang sangat besar seperti lif angkasa mesti mempertimbangkan sepenuhnya kemungkinan kegagalan komponen, dan juga memerlukan mekanisme penyembuhan diri untuk menggantikan komponen yang rosak. Ini akan memastikan bahawa lif angkasa berada di bawah beban yang tinggi. Lari ke bawah tanpa merosakkan integritinya. Ini bermakna boleh membina superstruktur menggunakan bahan sedia ada!"