En matematiker och en maskiningenjör vid Johns Hopkins University

En matematiker och en maskiningenjör vid Johns Hopkins University i USA föreslog att så länge hisstillverkare anammar mer biologiska tekniker, justerar riskbedömningar och bygger några automatiserade reparationsrobotar, kommer de att bygga ett utrymme inom en snar framtid. Hissen är fullt möjlig.
Sina Technology News Peking tid den 11 juni nyheter, enligt utländska medier rapporter, rymdhissar har länge varit ett av teman för science fiction i verkliga livet, och detta är också genomförbarheten av NASA och andra institutioner. Ämnet för forskning. Den nuvarande konsensus som ingenjörerna nått är att rymdhissar är en mycket bra idé, men byggprocessen innebär enorma påfrestningar och tryck, och befintliga material kan inte uppfylla deras krav.

Men en matematiker och en maskiningenjör vid Johns Hopkins University i USA föreslog att så länge hisstillverkare anammar mer biologiska tekniker, justerar riskbedömningar och bygger några automatiserade underhållsrobotar, kommer de att bygga en framtid. Rymdhissar är fullt möjliga.

I en forskningsrapport simulerade författarna Dan Popescu och Sean Sun rymdhissdesignen, som fann maximal stress och maximal dragkraft baserat på biologiska strukturer (t.ex. ligament och senor). Förhållandet mellan förlängningens styrka beräknas. Detta är mycket högre än spännings-hållfasthetsförhållandet som används inom teknik, och materialets förmåga att absorbera krafter är minst dubbelt så mycket som brottkraften.

Forskarna påpekar att spänningsintensitetsförhållanden som detta är acceptabla för normala anläggningsprojekt, men för stora byggnader är detta förhållande för strikt för att kontrollera sannolikheten för misslyckande. Det är värt att notera att rymdhissen är mycket stor och kan vara den största byggnadsstruktur som byggts av människor.

Konstruktionen av rymdhissar gör att människor och rymdmaterial kan transporteras utanför jordens atmosfär. I vissa rymdhisskonstruktioner nämns det inget om behovet av att använda raketer. Det tidigaste rymdhisskonceptet föreslogs av den ryske forskaren Konstantin Tsiolkovsky 1895.

Sedan 1895 har forskare fortsatt att förfina designen av rymdhissar, men hissens grundläggande design har inte förändrats. Rymdhissen innehåller en kabel som är fast på jorden, vanligen sträcker sig uppåt i den geostationära omloppsbanan – cirka 35 786 kilometer från marken.

I den övre änden av kabeln finns en balans, gravitation och utåtriktad centrifugalkraft som sätter kabeln i spänning och placerar ett lastutrymme längs kabeln som rör sig upp och ner i kabeln. Huvudproblemet med denna rymdhiss är att trycket på den extra långa kabeln är så stort att ingenting för närvarande räcker för att stå emot det.

Under de senaste decennierna har det varit några stora designtävlingar och förslag för att lösa detta problem, men hittills har ingen lyckats. Den nyligen föreslagna lösningen var Google X-projektet som lanserades av Google 2014, men ingen kunde tillverka superstarka nanorörskablar i kol över 1 meter och byggplanen för rymdhissar lades på is.

Det är underförstått att kolnanorör är ett stort hopp för rymdhiss ordet varumärke hiss ingenjörer, men detta hopp kan grusas. En forskningsmodell från 2006 förutspådde att det måste finnas vissa defekter i nanorörskabeln på cirka 100 000 meter, vilket minskade kabelns totala styrka med 70 %.

Propscu föreslog en annan lösning i forskningsrapporten. Även om kolnanorör teoretiskt sett är det bästa valet för kablar för rymdhissar, kan nuvarande teknik inte producera kolnanorör över flera centimeter långa, så kolnanometrar används. Det går inte att tillverka rymdhissar. Han föreslog dock användningen av vissa kompositmaterial - kolnanorör i kombination med andra material, även om styrkan är svagare än rena kolnanorör, men vi använder självläkande mekanismer för att förbättra materialets styrka för att säkerställa superbyggnadens stabilitet.

Denna självläkande mekanism är avgörande, och forskarna föreslog en kabeldesign som delar sin riktning i två, uppåt, i en serie "staplade segment"; lateralt, in i en serie "parallella kabeltrådar. När någon kabelfilament misslyckas, kommer denna situation ofta att uppstå, dess inflytande begränsas till sin egen stapelsektion och lastvikten delas omedelbart till parallellkabeln tills reparationsroboten kommer för utbyte.

Forskarna påpekade att med denna "autonoma reparationsmekanism" kan rymdhissar säkerställa tillförlitlighet vid höga spänningsnivåer, och samtidigt kan de tillverkas av material med lägre hållfasthet, vilket gör den faktiska genomförbarheten närmare.

Propscu påpekade att grunden för alla dessa rymdhissmodeller är det gradvis minskande spänningsförhållandet, kombinationen av tekniska designstandarder och biologiska principer. Han betonade att de mänskliga akillessenorna och ryggraden tål enorma påfrestningar, mycket nära deras draghållfasthet, som är större än de påfrestningar som ingenjörer konstruerar stål.

Den främsta anledningen är att, åtminstone till viss del, senor och ryggrad har självreparerande kraft, vilket saknas i stålmaterial. Forskare tror att att lägga till de biologiska mekanismerna för senor och ryggrad till rymdhissdesign innebär att vi inte behöver vänta på futuristiska nya material.

Propscu sa: "Vi tror att superstora byggnadsstrukturer som rymdhissar fullt ut måste överväga möjligheten av komponentfel och även behöver en självläkande mekanism för att ersätta skadade komponenter. Detta kommer att säkerställa att rymdhissen är under hög belastning. Kör ner utan att skada dess integritet. Detta innebär att det är möjligt att bygga överbyggnader med befintliga material!"