Η απεικόνιση ενός καλλιτέχνη για ένα τεράστιο σύστημα μεταφοράς διαστημικού ανελκυστήρα. Οι μελλοντικές εκδόσεις της τεχνολογίας θα μπορούσαν μια μέρα να διορθωθούν.
(Εικόνα: © Japan Space Elevator Association)
Οι διαστημικοί ανελκυστήρες για την αποστολή επιβατών και το φορτίο από και προς την τροχιά θα μπορούσαν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας υπάρχοντα υλικά, εάν η τεχνολογία εμπνέεται από τη βιολογία για να διορθωθεί όταν χρειάζεται, σύμφωνα με νέα μελέτη.
Θεωρητικά, ένας διαστημικός ανελκυστήρας αποτελείται από ένα καλώδιο ή μια δέσμη καλωδίων που εκτείνονται χιλιάδες μίλια σε ένα αντίβαρο στο διάστημα. Η περιστροφή της γης θα κρατούσε το καλώδιο τεντωμένο, και τα οχήματα ορειβάτη θα φερμουάρ πάνω και κάτω από το καλώδιο με την ταχύτητα ενός τρένου.
Η διαδρομή με έναν διαστημικό ανελκυστήρα πιθανότατα θα διαρκέσει μέρες. Ωστόσο, μόλις χτιστεί ένας διαστημικός ανελκυστήρας, ένα ταξίδι στο διάστημα με την τεχνολογία θα μπορούσε να είναι πολύ φθηνότερο και ασφαλέστερο από ό, τι σε έναν πύραυλο. Η τεχνολογία διαστημικού ανελκυστήρα δοκιμάζεται τώρα στην πραγματική ζωή στο ιαπωνικό πείραμα STARS-Me (συντομότερο για το Space Tethered Autonomous Robotic Satellite-Mini Elevator), που έφτασε στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό στις 27 Σεπτεμβρίου με το ρομποτικό διαστημικό σκάφος φορτίου HTV-7 της Ιαπωνίας .
Η ιδέα του ανελκυστήρα που μοιάζει με beanstalk χρονολογείται σε ένα "πείραμα σκέψης" του 1895 από τον ρώσο διαστημικό πρωτοπόρο Κωνσταντίνο Τσιόλκοφσκι. Έκτοτε, τέτοιες "μεγάλες υποδομές" εμφανίζονται συχνά στην επιστημονική φαντασία. Το βασικό πρόβλημα στη δημιουργία διαστημικών ανελκυστήρων είναι η κατασκευή ενός καλωδίου αρκετά ισχυρού ώστε να αντέχει στις εξαιρετικές δυνάμεις που θα αντιμετώπιζε. ['Πυλώνας στον ουρανό': Ερωτήσεις και απαντήσεις για έναν ανελκυστήρα διαστήματος με τον συγγραφέα William Forstchen]
Μια φυσική επιλογή για την κατασκευή καλωδίου διαστημικού ανελκυστήρα είναι οι σωλήνες άνθρακα μόνο νανόμετρα ή δισεκατομμυριοστά του πλάτους ενός μέτρου. Προηγούμενη έρευνα διαπίστωσε ότι τέτοιοι νανοσωλήνες άνθρακα μπορούν να αποδειχθούν 100 φορές ισχυρότεροι από τον χάλυβα στο ένα έκτο του βάρους.
Ωστόσο, επί του παρόντος, οι επιστήμονες μπορούν να κάνουν νανοσωλήνες άνθρακα μόνο περίπου 21 ίντσες (55 εκατοστά) το πολύ. Μία εναλλακτική λύση είναι να χρησιμοποιηθούν σύνθετα φορτωμένα με νανοσωλήνες άνθρακα, αλλά αυτά δεν είναι αρκετά ισχυρά από μόνα τους.
Τώρα, οι ερευνητές έχουν προτείνει ότι η έμπνευση από τη βιολογία μπορεί να βοηθήσει τους μηχανικούς να κατασκευάσουν διαστημικούς ανελκυστήρες χρησιμοποιώντας υπάρχοντα υλικά. "Ας ελπίσουμε ότι αυτό θα εμπνεύσει κάποιον να προσπαθήσει να κατασκευάσει τον διαστημικό ανελκυστήρα", δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Sean Sun, μηχανικός μηχανικός στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη.
Έμπνευση βιο-ανελκυστήρα
Οι επιστήμονες σημείωσαν ότι όταν οι μηχανικοί σχεδιάζουν κατασκευές, συχνά απαιτούν τα υλικά για αυτές τις κατασκευές να λειτουργούν μόνο στο ήμισυ της μέγιστης αντοχής εφελκυσμού τους, ή λιγότερο από αυτό. Αυτό το κριτήριο περιορίζει τις πιθανότητες αποτυχίας των κατασκευών, γιατί τους δίνει περιθώριο να χειριστούν διακυμάνσεις στην αντοχή του υλικού ή σε απρόβλεπτες περιστάσεις. [Θα σταματήσουμε ποτέ να χρησιμοποιούμε ρουκέτες για να φτάσουμε στο διάστημα;]
Αντίθετα, στους ανθρώπους, ο Αχιλλέας τένοντα αντέχει συνήθως μηχανικές καταπονήσεις πολύ κοντά του
απόλυτη αντοχή σε εφελκυσμό Η βιολογία μπορεί να ωθήσει τα υλικά στα όριά τους λόγω των συνεχών μηχανισμών επισκευής, ανέφεραν οι ερευνητές.
"Με την αυτο-επιδιόρθωση, οι μηχανικές κατασκευές μπορούν να σχεδιαστούν διαφορετικά και πιο στιβαρά", δήλωσε ο Sun.
Για παράδειγμα, ο κινητήρας που οδηγεί το μαστίγιο σαν μαστίγια που χρησιμοποιούν πολλά βακτήρια για πρόωση "περιστρέφεται στις 10.000 σ.α.λ. [περιστροφές ανά λεπτό], αλλά επίσης επισκευάζει ενεργά και αναποδογυρίζει όλα τα συστατικά του στις χρονικές κλίμακες των λεπτών". Ο Σαν είπε. "Είναι σαν να οδηγείς στο δρόμο στα 100 mph [160 km / h] ενώ βγάζεις τους κινητήρες και το κιβώτιο ταχυτήτων για να τα αντικαταστήσεις!"
Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα μαθηματικό πλαίσιο για να αναλύσουν πόσο καιρό θα μπορούσε να διαρκέσει ένας ανελκυστήρας διαστήματος εάν τμήματα της πρόσδεσης του υπέστησαν τυχαία ρήξη, αλλά η μεγαλοδομή είχε μια αυτο-επισκευή
μηχανισμός. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ένας πολύ αξιόπιστος διαστημικός ανελκυστήρας ήταν δυνατός χρησιμοποιώντας τα υπάρχοντα υλικά εάν υποβλήθηκε σε μέτριους ρυθμούς επισκευής, όπως από ρομπότ.
Για παράδειγμα, δεδομένης της εμπορικής συνθετικής ίνας που είναι γνωστή ως M5, "είναι δυνατή η πρόσδεση μάζας 4 δισεκατομμυρίων τόνων", δήλωσε ο Sun. "Αυτό είναι περίπου 10.000 φορές η μάζα του ψηλότερου κτιρίου [στον κόσμο], Μπουρτζ Χαλίφα. Πιο ρεαλιστικά, κάτι σαν σύνθετο νανοσωλήνα άνθρακα θα κάνει τη δουλειά."
Ο επικεφαλής συγγραφέας της Sun και της μελέτης, Dan Popescu, διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, περιέγραψε λεπτομερώς τα ευρήματά τους την Τετάρτη (17 Οκτωβρίου) στο Journal of the Royal Society Interface.
