Taiteilijan kuva massiivisesta avaruushissin kuljetusjärjestelmästä. Tulevat tekniikan versiot voisivat jonain päivänä korjata itsensä.
(Kuva: © Japan Space Elevator Association)
Avaruushissit matkustajien ja rahtien siirtämiseksi kiertoradalle ja rakennettaisiin voitaisiin rakentaa olemassa olevilla materiaaleilla, jos tekniikka saa inspiraatiota biologiasta korjautuakseen tarvittaessa, uusi tutkimus toteaa.
Teoriassa avaruushissi koostuu kaapelista tai kaapelikokonaisuudesta, joka ulottuu tuhansia mailia avaruuden vastapainoon. Maan kierto pitäisi kaapelin kireänä, ja kiipeilyajoneuvot vetoavat kaapelin ylös ja alas junan nopeudella.
Ajo hissillä ylös kestää todennäköisesti päiviä. Kun avaruushissi on rakennettu, matka avaruuteen tekniikan suhteen voi kuitenkin olla paljon halvempaa ja turvallisempaa kuin rakettilla. Avaruushissitekniikkaa testataan nyt tosielämässä japanilaisella STARS-Me-kokeilulla (lyhenne sanoista Space Tethered Autonomous Robotic Satellite-Mini Elevator), joka saapui kansainväliseen avaruusasemalle 27. syyskuuta Japanin robotti-HTV-7 -rahtialuksella. .
Beanstalkin kaltaisen hissin käsite avaruuteen juontaa juurensa vuonna 1895 toteutetusta "ajattelukokeesta" Venäjän avaruuspioneerilta Konstantin Tsiolkovskyltä. Siitä lähtien sellaiset "megarakenteet" ovat usein esiintyneet tieteiskirjallisuudessa. Avainongelma avaruushissien luomisessa on riittävän vahvan kaapelin rakentaminen kestämään sen kohtaamat poikkeukselliset voimat. ['Taivaan pylväs': Avaruushissit ja kysymykset kirjoittaja William Forstchenin kanssa]
Luonnollinen valinta avaruushissikaapelin rakentamiseksi on hiiliputket, joiden leveys on vain nanometriä tai miljardia metriä. Aikaisemmassa tutkimuksessa on havaittu, että tällaiset hiilinanoputket voivat osoittautua 100 kertaa vahvemmiksi kuin teräs kuudennessa painosta.
Tällä hetkellä tutkijat voivat kuitenkin tehdä hiilinanoputkia korkeintaan vain noin 21 tuumaa (55 senttimetriä). Yksi vaihtoehto on käyttää komposiitteja, joissa on hiilinanoputkia, mutta ne eivät yksinään ole tarpeeksi vahvoja.
Nyt tutkijat ovat ehdottaneet, että biologian inspiraation vieminen voi auttaa insinöörejä rakentamaan avaruushissejä olemassa olevia materiaaleja käyttämällä. "Toivottavasti tämä inspiroi jotakuta yrittämään rakentaa avaruushissiä", tutkimuksen avustaja Sean Sun, mekaniikkainsinööri Johnson Hopkinsin yliopistosta Baltimoressa, kertoi Space.com: lle.
Biohissien inspiraatio
Tutkijat huomauttivat, että kun insinöörit suunnittelevat rakenteita, he vaativat usein näiden rakenteiden materiaaleja toimimaan vain puolet suurimmasta vetolujuudesta tai vähemmän. Tämä kriteeri rajoittaa rakenteiden epäonnistumisen mahdollisuuksia, koska se antaa niille liikkumavaraa käsitellä materiaalin lujuuden vaihteluita tai odottamattomia olosuhteita. [Lopetammeko koskaan rakettien käytön avaruuteen pääsemiseksi?]
Sitä vastoin ihmisillä Achilles-jänne kestää rutiininomaisesti mekaanisia rasituksia hyvin lähellä sitä
äärimmäinen vetolujuus. Biologia voi työntää materiaalit rajoihinsa jatkuvien korjausmekanismien takia, tutkijat sanoivat.
"Itsekorjaamalla suunnittelurakenteet voidaan suunnitella eri tavalla ja tehokkaammin", Sun sanoi.
Esimerkiksi moottori, joka ajaa piiskamaista kalpua, jota monet bakteerit käyttävät työntövoiman "pyörii nopeudella noin 10 000 kierrosta minuutissa (kierrosta minuutissa), mutta se myös korjaa ja kääntää aktiivisesti kaikki komponentit minuuttien aikaväleillä". Sun sanoi. "Tämä on kuin ajaisit tiellä nopeudella 100 km / h [160 km / h], kun poistit moottorit ja voimansiirron niiden tilalle!"
Tutkijat kehittivät matemaattisen viitekehyksen analysoidakseen kuinka kauan avaruushissi voi kestää, jos sen sauvan osissa satunnaisesti tapahtui repeämä, mutta megarakenteessa oli itsekorjaus.
mekanismi. Tutkijat havaitsivat, että erittäin luotettava avaruushissi oli mahdollista käyttämällä nykyisiä materiaaleja, jos se korjattiin maltillisesti, kuten robotit.
Esimerkiksi, kun otetaan huomioon kaupallinen synteettikuitu, joka tunnetaan nimellä M5, "tether-massa on 4 miljardia tonnia mahdollista", Sun sanoi. "Tämä on noin 10 000 kertaa [maailman] korkeimman rakennuksen, Burj Khalifan, massa. Realistisemmin jotain, esimerkiksi hiili-nanoputkikomposiitti, tekee työn."
Sun ja tutkimuksen pääkirjailija, Johns Hopkinsin yliopiston jatko-opiskelija Dan Popescu kertoivat havainnoistaan keskiviikkona (17. lokakuuta) Royal Society Interface -lehdessä.
