Matematico e ingegnere meccanico alla Johns Hopkins University

Un matematico e un ingegnere meccanico della Johns Hopkins University negli Stati Uniti hanno suggerito che finché i produttori di ascensori adotteranno più tecniche biologiche, adegueranno le valutazioni dei rischi e costruiranno alcuni robot di riparazione automatizzati, costruiranno uno spazio nel prossimo futuro. L'ascensore è completamente possibile.
Sina Technology News, ora di Pechino, l'11 giugno, secondo i media stranieri, gli ascensori spaziali sono stati per lungo tempo uno dei temi della fantascienza nella vita reale, e questa è anche la fattibilità della NASA e di altre istituzioni. Oggetto della ricerca. L’attuale consenso raggiunto dagli ingegneri è che gli ascensori spaziali sono un’ottima idea, ma il processo di costruzione comporta enormi stress e pressioni e i materiali esistenti non possono soddisfare i loro requisiti.

Tuttavia, un matematico e un ingegnere meccanico della Johns Hopkins University negli Stati Uniti hanno suggerito che finché i produttori di ascensori adotteranno più tecniche biologiche, adegueranno le valutazioni dei rischi e costruiranno alcuni robot di manutenzione automatizzata, costruiranno un futuro. Gli ascensori spaziali sono del tutto possibili.

In un rapporto di ricerca, gli autori Dan Popescu e Sean Sun hanno simulato il progetto di un ascensore spaziale, riscontrando il massimo stress e la massima trazione in base alle strutture biologiche (ad esempio, legamenti e tendini). Viene calcolato il rapporto tra la forza dell'estensione. Questo è molto più elevato del rapporto sollecitazione-resistenza utilizzato in ingegneria e la capacità del materiale di assorbire le forze è almeno il doppio della forza di rottura.

I ricercatori sottolineano che rapporti di intensità di stress come questo sono accettabili per normali progetti di ingegneria civile, ma per gli edifici di grandi dimensioni questo rapporto è troppo rigido per controllare la probabilità di fallimento. Vale la pena notare che l'ascensore spaziale è molto grande e potrebbe essere la più grande struttura edilizia costruita dall'uomo.

La costruzione di ascensori spaziali consente il trasporto di esseri umani e materiali spaziali al di fuori dell'atmosfera terrestre. In alcuni progetti di ascensori spaziali non si fa menzione della necessità di utilizzare razzi. Il primo concetto di ascensore spaziale fu proposto dallo scienziato russo Konstantin Tsiolkovsky nel 1895.

Dal 1895, gli scienziati hanno continuato a perfezionare la progettazione degli ascensori spaziali, ma il design di base dell'ascensore non è cambiato. L'ascensore spaziale contiene un cavo solido sulla terra, che di solito si estende verso l'alto nell'orbita geostazionaria, a circa 35.786 chilometri dal suolo.

All'estremità superiore del cavo c'è un equilibrio, la gravità e la forza centrifuga verso l'esterno mettono in tensione il cavo, posizionando un vano di carico lungo il cavo che si muove su e giù per il cavo. Il problema principale di questo ascensore spaziale è che la pressione sul cavo extra lungo è così grande che al momento non c’è abbastanza nulla per sopportarla.

Negli ultimi decenni ci sono stati alcuni grandi concorsi di progettazione e proposte per risolvere questo problema, ma finora nessuno ha avuto successo. La soluzione recentemente proposta era il progetto Google X lanciato da Google nel 2014, ma nessuno era in grado di produrre cavi super resistenti in nanotubi di carbonio lunghi più di 1 metro e il piano di costruzione dell’ascensore spaziale è stato sospeso.

Resta inteso che i nanotubi di carbonio rappresentano una grande speranza per l'ascensore spaziale ascensore del marchio parola ingegneri, ma questa speranza potrebbe essere delusa. Un modello di ricerca del 2006 prevedeva che dovevano esserci alcuni difetti nel cavo di nanotubi lungo circa 100.000 metri, che riducevano la resistenza complessiva del cavo del 70%.

Propscu ha proposto una soluzione diversa nel rapporto di ricerca. Sebbene i nanotubi di carbonio siano teoricamente la scelta migliore per i cavi degli ascensori spaziali, la tecnologia attuale non può produrre nanotubi di carbonio di diversi centimetri di lunghezza, quindi vengono utilizzati i nanometri di carbonio. Non è possibile produrre ascensori spaziali. Tuttavia, ha proposto l'uso di alcuni materiali compositi: nanotubi di carbonio combinati con altri materiali, sebbene la resistenza sia inferiore rispetto ai nanotubi di carbonio puri, ma stiamo utilizzando meccanismi di autoriparazione per aumentare la resistenza del materiale e garantire la stabilità del super edificio.

Questo meccanismo di autoriparazione è cruciale e i ricercatori hanno proposto un design del cavo che divide la sua direzione in due, verso l'alto, in una serie di "segmenti impilati"; lateralmente, in una serie di "filamenti di cavo paralleli. Quando un filamento di cavo si guasta, questa situazione si verifica spesso, la sua influenza è limitata alla sezione della pila e il peso del carico viene immediatamente condiviso sul cavo parallelo fino all'arrivo del robot di riparazione per la sostituzione.

I ricercatori hanno sottolineato che con questo "meccanismo di riparazione autonomo", gli ascensori spaziali possono garantire affidabilità a livelli di stress elevati e, allo stesso tempo, possono essere realizzati con materiali con resistenza inferiore, il che rende l'effettiva fattibilità più vicina.

Propscu ha sottolineato che la base di tutti questi modelli di ascensori spaziali è il rapporto di stress gradualmente decrescente, la combinazione di standard di progettazione ingegneristica e principi biologici. Ha sottolineato che i tendini d’Achille e la colonna vertebrale umana possono sopportare sollecitazioni tremende, molto vicine alla loro resistenza alla trazione, che è maggiore delle sollecitazioni a cui gli ingegneri progettano l’acciaio.

La ragione principale è che, almeno in una certa misura, i tendini e la colonna vertebrale hanno un potere di autoriparazione che manca ai materiali in acciaio. I ricercatori ritengono che aggiungere i meccanismi biologici dei tendini e della colonna vertebrale alla progettazione di un ascensore spaziale significhi che non dobbiamo aspettare nuovi materiali futuristici.

Propscu ha dichiarato: "Crediamo che le strutture edilizie di grandissime dimensioni come gli ascensori spaziali debbano considerare pienamente la possibilità di guasto dei componenti e necessitino anche di un meccanismo di autoriparazione per sostituire i componenti danneggiati. Ciò garantirà che l'ascensore spaziale sia sottoposto a un carico elevato. Scaricabile senza danneggiarne l'integrità. Ciò significa che è possibile costruire sovrastrutture utilizzando materiali esistenti!"