Художник иллюстрация массивного космического лифта транспортной системы. Будущие версии технологии могут однажды исправить себя.
(Изображение: © Японская ассоциация космического лифта)
Согласно новому исследованию, космические лифты для перевозки пассажиров и грузов на орбиту и с нее могут быть построены с использованием существующих материалов.
Теоретически, космический лифт состоит из кабеля или пучка кабелей, которые простираются на тысячи миль до противовеса в космосе. Вращение Земли сохранит натяжение кабеля, и машины-альпинисты будут мчаться вверх и вниз по кабелю со скоростью поезда.
Поездка на космическом лифте, вероятно, займет несколько дней. Однако после постройки космического лифта поездка в космос по этой технологии может быть намного дешевле и безопаснее, чем на ракете. Технология космических лифтов в настоящее время испытывается в реальной жизни в японском эксперименте STARS-Me (сокращение от «Космический привязанный автономный роботизированный спутниковый мини-лифт»), который прибыл на Международную космическую станцию 27 сентября на борту японского роботизированного грузового корабля HTV-7. ,
Концепция бобово-подобного лифта в космос восходит к «мыслительному эксперименту» 1895 года от русского космического пионера Константина Циолковского. С тех пор такие "мегаструктуры" часто появляются в научной фантастике. Ключевая проблема в создании космических лифтов - это строительство кабеля, достаточно прочного, чтобы противостоять чрезвычайным силам, с которыми он столкнется. [«Столп к небу»: вопросы и ответы о космическом лифте с автором Уильямом Форстченом]
Естественным выбором для построения кабеля космического лифта являются углеродные трубы шириной всего в несколько нанометров или миллиардных долей метра. Предыдущие исследования показали, что такие углеродные нанотрубки могут оказаться в 100 раз прочнее стали на одну шестую веса.
Однако в настоящее время ученые могут изготавливать углеродные нанотрубки длиной не более 21 дюйма (55 сантиметров). Одной из альтернатив является использование композитов с углеродными нанотрубками, но они сами по себе недостаточно прочны.
Теперь исследователи предположили, что вдохновение из биологии может помочь инженерам строить космические лифты, используя существующие материалы. «Надеюсь, это вдохновит кого-то попытаться построить космический лифт», - сказал Space.com соавтор исследования Шон Сан, инженер-механик из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе.
Био-лифт вдохновение
Ученые отметили, что когда инженеры проектируют конструкции, им часто требуется, чтобы материалы для этих конструкций работали с половиной их максимальной прочности на растяжение или меньше. Этот критерий ограничивает вероятность разрушения конструкций, поскольку он дает им возможность справляться с колебаниями прочности материала или непредвиденными обстоятельствами. [Мы когда-нибудь перестанем использовать ракеты, чтобы достичь космоса?]
Напротив, у людей ахиллово сухожилие обычно выдерживает механические напряжения, очень близкие к его
предел прочности на растяжение. Исследователи считают, что биология может раздвинуть материалы до предела из-за механизмов постоянного восстановления.
«Благодаря самовосстановлению инженерные сооружения могут проектироваться по-разному и более надежно», - сказал Сан.
Например, двигатель, который управляет жгутиковидными жгутиками, которые многие бактерии используют для движения, «вращается со скоростью около 10000 об / мин [оборотов в минуту], но он также активно восстанавливает и переворачивает все свои компоненты на временных шкалах минут». Солнце сказал. «Это похоже на то, как вы едете по дороге со скоростью 160 миль в час (160 км / ч), снимая двигатели и трансмиссию, чтобы заменить их!»
Исследователи разработали математическую структуру, чтобы проанализировать, как долго может продолжаться космический лифт, если части его троса случайно испытали разрыв, но мегаструктура обладала самовосстановлением
механизм. Исследователи обнаружили, что высоконадежный космический лифт был возможен с использованием существующих в настоящее время материалов, если он подвергался умеренным темпам ремонта, например, от роботов.
Например, учитывая коммерческое синтетическое волокно, известное как M5, «возможен трос весом 4 миллиарда тонн», сказал Сун. «Это примерно в 10000 раз больше массы самого высокого здания в мире, Бурдж-Халифа. Более реалистично, что-то вроде композита углерод-нанотрубка сделает эту работу».
Sun и ведущий автор исследования, Дэн Попеску, докторант Университета Джона Хопкинса, подробно изложили свои выводы в среду (17 октября) в Журнале Интерфейса Королевского общества.
