Matematik a strojní inženýr na Johns Hopkins University

Matematik a strojní inženýr z Johns Hopkins University ve Spojených státech navrhli, že pokud výrobci výtahů přijmou více biologických technik, upraví hodnocení rizik a postaví nějaké automatizované opravárenské roboty, v blízké budoucnosti vybudují prostor. Výtah je zcela možný.
Sina Technology News Pekingský čas 11. června zprávy, podle zpráv zahraničních médií jsou vesmírné výtahy dlouho jedním z témat sci-fi v reálném životě, a to je také proveditelnost NASA a dalších institucí. Předmět zkoumání. Současný konsenzus inženýrů je, že vesmírné výtahy jsou velmi dobrý nápad, ale konstrukční proces zahrnuje obrovské napětí a tlak a stávající materiály nemohou splnit jejich požadavky.

Matematik a strojní inženýr z Johns Hopkins University ve Spojených státech však navrhli, že dokud výrobci výtahů přijmou více biologických technik, upraví hodnocení rizik a postaví nějaké automatizované roboty údržby, budou budovat budoucnost. Vesmírné výtahy jsou zcela možné.

Ve výzkumné zprávě autoři Dan Popescu a Sean Sun simulovali návrh vesmírného výtahu, který zjistil maximální napětí a maximální tah na základě biologických struktur (např. vazů a šlach). Vypočítá se poměr síly prodloužení. To je mnohem vyšší než poměr napětí a pevnosti používaný ve strojírenství a schopnost materiálu absorbovat síly je minimálně dvojnásobná než síla při přetržení.

Výzkumníci poukazují na to, že poměry intenzity napětí, jako je tento, jsou přijatelné pro běžné projekty inženýrského stavitelství, ale pro velké budovy je tento poměr příliš přísný na to, aby kontroloval pravděpodobnost selhání. Stojí za zmínku, že vesmírný výtah je velmi velký a může být největší budovou postavenou lidmi.

Konstrukce vesmírných výtahů umožňuje přepravu lidí a vesmírných materiálů mimo zemskou atmosféru. V některých konstrukcích vesmírných výtahů není ani zmínka o nutnosti použití raket. Nejstarší koncept vesmírného výtahu navrhl ruský vědec Konstantin Ciolkovskij v roce 1895.

Od roku 1895 vědci pokračovali ve zdokonalování designu vesmírných výtahů, ale základní konstrukce výtahu se nezměnila. Vesmírný výtah obsahuje kabel, který je pevný na zemi a obvykle zasahuje nahoru na geostacionární dráhu – asi 35 786 kilometrů od země.

Na horním konci kabelu je rovnováha, gravitace a vnější odstředivá síla uvádějí kabel do napětí a umisťují podél kabelu nákladový prostor, který se po kabelu pohybuje nahoru a dolů. Hlavním problémem tohoto vesmírného výtahu je, že tlak na extra dlouhý kabel je tak velký, že mu momentálně nestačí nic vydržet.

V posledních desetiletích proběhly velké designové soutěže a návrhy na řešení tohoto problému, ale zatím nikdo neuspěl. Nedávno navrženým řešením byl projekt Google X spuštěný společností Google v roce 2014, ale nikdo nebyl schopen vyrobit superpevné kabely z uhlíkových nanotrubiček delší než 1 metr a plán výstavby vesmírného výtahu byl pozastaven.

Je zřejmé, že uhlíkové nanotrubice jsou velkou nadějí pro vesmírný výtah slovo značkový výtah inženýrů, ale tato naděje může být zmařena. Výzkumný model z roku 2006 předpověděl, že v nanotrubicovém kabelu o délce asi 100 000 metrů musí být určité defekty, což snížilo celkovou pevnost kabelu o 70 %.

Propscu ve výzkumné zprávě navrhl jiné řešení. Ačkoli uhlíkové nanotrubice jsou teoreticky nejlepší volbou pro kabely vesmírných výtahů, současná technologie nedokáže vyrobit uhlíkové nanotrubičky delší než několik centimetrů, takže se používají uhlíkové nanometry. Není možné vyrábět vesmírné výtahy. Navrhl však použití některých kompozitních materiálů - uhlíkových nanotrubic kombinovaných s jinými materiály, pevnost je sice slabší než u čistých uhlíkových nanotrubic, ale používáme samoopravné mechanismy pro zvýšení pevnosti materiálu, abychom zajistili stabilitu super budovy.

Tento samoopravný mechanismus je zásadní a vědci navrhli design kabelu, který rozděluje jeho směr na dva, nahoru, na řadu „skládaných segmentů“; laterálně, do série "paralelních kabelových vláken. Když selže jakékoli kabelové vlákno, tato situace často nastane, jeho vliv je omezen na jeho vlastní stohovací sekci a hmotnost zátěže je okamžitě sdílena na paralelní kabel, dokud nedorazí opravný robot pro výměnu.

Výzkumníci poukázali na to, že s tímto „autonomním opravným mechanismem“ mohou vesmírné výtahy zajistit spolehlivost při vysokých úrovních namáhání a zároveň mohou být vyrobeny z materiálů s nižší pevností, což přibližuje skutečnou proveditelnost.

Propscu poukázal na to, že základem všech těchto modelů vesmírných výtahů je postupně se snižující poměr napětí, kombinace technických konstrukčních standardů a biologických principů. Zdůraznil, že lidské Achillovy šlachy a páteř dokážou odolat obrovskému namáhání, velmi blízkému jejich pevnosti v tahu, které je větší než napětí, které inženýři navrhují ocel.

Hlavním důvodem je, že alespoň do určité míry mají šlachy a páteř samoopravnou sílu, která ocelovým materiálům chybí. Vědci se domnívají, že přidání biologických mechanismů šlach a páteře do konstrukce vesmírného výtahu znamená, že nemusíme čekat na nové futuristické materiály.

Propscu řekl: „Věříme, že supervelké stavební konstrukce, jako jsou vesmírné výtahy, musí plně zvážit možnost selhání komponent a také potřebují samoopravný mechanismus, který by poškozené komponenty nahradil. To zajistí, že vesmírný výtah bude pod vysokým zatížením. Spusťte dolů, aniž byste poškodili jeho integritu. To znamená, že je možné stavět nástavby s použitím stávajících materiálů!"