یک ریاضیدان و یک مهندس مکانیک در دانشگاه جانز هاپکینز

یک ریاضیدان و یک مهندس مکانیک در دانشگاه جانز هاپکینز در ایالات متحده پیشنهاد کرد که تا زمانی که سازندگان آسانسور تکنیک‌های بیولوژیکی بیشتری را اتخاذ کنند، ارزیابی‌های ریسک را تنظیم کنند و برخی ربات‌های تعمیر خودکار بسازند، در آینده نزدیک فضایی خواهند ساخت. آسانسور کاملا امکان پذیر است.
اخبار فناوری سینا به وقت پکن در اخبار 11 ژوئن، طبق گزارش رسانه های خارجی، آسانسورهای فضایی مدت هاست که یکی از موضوعات علمی تخیلی در زندگی واقعی بوده است و این امکان پذیری ناسا و سایر موسسات نیز می باشد. موضوع تحقیق. توافق فعلی مهندسان این است که آسانسورهای فضایی ایده بسیار خوبی هستند، اما فرآیند ساخت و ساز مستلزم استرس و فشار بسیار زیادی است و مواد موجود نمی توانند نیازهای آنها را برآورده کنند.

با این حال، یک ریاضیدان و یک مهندس مکانیک در دانشگاه جانز هاپکینز در ایالات متحده پیشنهاد کرد که تا زمانی که سازندگان آسانسور تکنیک‌های بیولوژیکی بیشتری را اتخاذ کنند، ارزیابی‌های ریسک را تنظیم کنند و برخی ربات‌های تعمیر و نگهداری خودکار بسازند، آینده‌ای خواهند ساخت. آسانسورهای فضایی کاملاً امکان پذیر است.

در یک گزارش تحقیقاتی، نویسندگان Dan Popescu و Sean Sun طراحی آسانسور فضایی را شبیه‌سازی کردند که بیشترین تنش و حداکثر کشش را بر اساس ساختارهای بیولوژیکی (مانند رباط‌ها و تاندون‌ها) پیدا کرد. نسبت قدرت پسوند محاسبه می شود. این نسبت بسیار بالاتر از نسبت تنش به مقاومت مورد استفاده در مهندسی است و توانایی مواد در جذب نیرو حداقل دو برابر نیروی شکست است.

محققان خاطرنشان می‌کنند که نسبت‌های شدت تنش مانند این برای پروژه‌های معمولی مهندسی عمران قابل قبول است، اما برای ساختمان‌های بزرگ، این نسبت برای کنترل احتمال شکست بسیار سخت‌گیرانه است. شایان ذکر است که آسانسور فضایی بسیار بزرگ است و ممکن است بزرگترین سازه ساختمانی باشد که توسط انسان ساخته شده است.

ساخت آسانسورهای فضایی به انسان و مواد فضایی اجازه می دهد تا به خارج از جو زمین منتقل شوند. در برخی از طراحی های آسانسور فضایی، هیچ اشاره ای به لزوم استفاده از موشک نشده است. اولین مفهوم آسانسور فضایی توسط دانشمند روسی کنستانتین تسیولکوفسکی در سال 1895 ارائه شد.

از سال 1895، دانشمندان به اصلاح طراحی آسانسورهای فضایی ادامه دادند، اما طراحی اولیه آسانسور تغییر نکرده است. آسانسور فضایی حاوی کابلی است که روی زمین جامد است، که معمولاً به سمت بالا در مدار زمین ثابت - در حدود 35786 کیلومتری زمین - گسترش می یابد.

در انتهای بالای کابل یک تعادل، گرانش و نیروی گریز از مرکز به بیرون کابل را در کشش قرار می دهد و یک محفظه بار را در امتداد کابل قرار می دهد که کابل را بالا و پایین می کند. مشکل اصلی این آسانسور فضایی این است که فشار وارده بر کابل بسیار طولانی آنقدر زیاد است که در حال حاضر هیچ چیز برای تحمل آن کافی نیست.

در چند دهه گذشته مسابقات و پیشنهادات طراحی بزرگی برای حل این مشکل وجود داشته است، اما تاکنون هیچکس موفق نشده است. راه حل اخیراً پیشنهاد شده پروژه Google X بود که توسط گوگل در سال 2014 راه اندازی شد، اما هیچ کس قادر به ساخت کابل های نانولوله کربنی فوق العاده با طول بیش از 1 متر نبود و طرح ساخت آسانسور فضایی به حالت تعلیق درآمد.

این قابل درک است که نانولوله های کربنی یک امید بزرگ برای آسانسور فضایی هستند آسانسور برند word مهندسان، اما این امید ممکن است از بین برود. یک مدل تحقیقاتی در سال 2006 پیش‌بینی کرد که باید عیوب خاصی در کابل نانولوله‌ای به طول حدود 100000 متر وجود داشته باشد که استحکام کلی کابل را 70 درصد کاهش داد.

پروپسکو در گزارش تحقیق راه حل متفاوتی را پیشنهاد کرد. اگرچه نانولوله‌های کربنی از نظر تئوری بهترین انتخاب برای کابل‌های آسانسور فضایی هستند، اما فناوری فعلی نمی‌تواند نانولوله‌های کربنی به طول چندین سانتی‌متر تولید کند، بنابراین از نانومتر کربنی استفاده می‌شود. امکان ساخت آسانسورهای فضایی وجود ندارد. با این حال، او پیشنهاد استفاده از برخی مواد کامپوزیتی - نانولوله‌های کربنی ترکیب شده با مواد دیگر را داد، اگرچه استحکام ضعیف‌تر از نانولوله‌های کربنی خالص است، اما ما از مکانیسم‌های خود ترمیم شونده برای افزایش استحکام مواد برای اطمینان از پایداری ساختمان فوق‌العاده استفاده می‌کنیم.

این مکانیسم خود ترمیمی بسیار مهم است و محققان طرح کابلی را پیشنهاد کردند که جهت آن را به دو قسمت بالا، به یک سری از "قطعات انباشته" تقسیم می کند. به صورت جانبی، به یک سری از رشته‌های کابل موازی تبدیل می‌شود. هنگامی که هر رشته کابلی از کار می‌افتد، اغلب این وضعیت رخ می‌دهد، تأثیر آن به بخش پشته خودش محدود می‌شود و وزن بار بلافاصله به کابل موازی تقسیم می‌شود تا زمانی که ربات تعمیر برای جایگزینی برسد.

محققان خاطرنشان کردند که با این «مکانیسم تعمیر خودکار»، آسانسورهای فضایی می‌توانند قابلیت اطمینان را در سطوح تنش بالا تضمین کنند و در عین حال می‌توانند از موادی با استحکام کمتر ساخته شوند که امکان‌سنجی واقعی را نزدیک‌تر می‌کند.

پروپسکو خاطرنشان کرد که اساس همه این مدل های آسانسور فضایی کاهش تدریجی نسبت تنش، ترکیبی از استانداردهای طراحی مهندسی و اصول بیولوژیکی است. وی تاکید کرد که تاندون آشیل و ستون فقرات انسان می توانند تنش های بسیار زیادی را تحمل کنند، بسیار نزدیک به استحکام کششی خود، که بیشتر از تنش هایی است که مهندسان فولاد طراحی می کنند.

دلیل اصلی این است که حداقل تا حدودی تاندون ها و ستون فقرات دارای قدرت خود ترمیم شوندگی هستند که فاقد مواد فولادی است. محققان بر این باورند که اضافه کردن مکانیسم‌های بیولوژیکی تاندون‌ها و ستون فقرات به طراحی آسانسور فضایی به این معنی است که ما مجبور نیستیم منتظر مواد جدید آینده‌نگر باشیم.

پروپسکو گفت: "ما معتقدیم که سازه های ساختمانی بسیار بزرگ مانند آسانسورهای فضایی باید احتمال خرابی قطعات را به طور کامل در نظر بگیرند و همچنین به مکانیزم خود ترمیمی برای جایگزینی اجزای آسیب دیده نیاز دارند. این باعث می شود که آسانسور فضایی تحت بار زیاد باشد. بدون آسیب رساندن به یکپارچگی آن اجرا شود. این به این معنی است که ساختن روبناها با استفاده از مواد موجود امکان پذیر است!"