Kunstniku illustratsioon massilise kosmoseliftide transpordisüsteemist. Tehnoloogia tulevased versioonid võiksid ühel päeval end parandada.
(Pilt: © Jaapani kosmoselennukite ühing)
Olemasolevate materjalide abil saaks ehitada reisijaid ja lasti orbiidile suunduvaid ja sinna suunduvaid kosmosetõsteid, kui tehnoloogia võtab inspiratsiooni bioloogiast, et end vajadusel kinnitada, leiab uus uuring.
Teoreetiliselt koosneb kosmoseelement kaablist või kaablikimpust, mis ulatub tuhandete miilideni kosmoses vastukaaluni. Maa pöörlemine hoiaks kaabli pingul ja ronimismasinad tõmbuksid kaabli üles ja alla rongi kiirusel.
Kosmosest liftiga sõitmine võtab tõenäoliselt päevi. Kui aga kosmoselift on üles ehitatud, võib selle tehnoloogiaga sõit kosmosesse osutuda palju odavamaks ja ohutumaks kui raketiga. Kosmosetõstetehnoloogiat katsetatakse nüüd reaalses elus Jaapani katses STARS-Me (lühendatult kosmosega ühendatud autonoomseks robot-satelliid mini-elevaatoriks), mis saabus rahvusvahelisse kosmosejaama 27. septembril Jaapani robot-kosmoselaeva HTV-7 pardal. .
Kosmosesse mõeldud beanstalkilaadse lifti kontseptsioon pärineb 1895. aasta "mõttekatsest" Vene kosmosepioneerilt Konstantin Tsiolkovskilt. Sellest ajast peale on sellised "megastruktuurid" ulmekirjanduses sageli esinenud. Kosmosetõstukite loomisel on põhiprobleem kaabli ehitamine, mis on piisavalt tugev, et vastu pidada erakordsetele jõududele, millega see kokku puutuks. ['Taevasammas': kosmoseelevaatori küsimused ja vastused autorile William Forstchenile]
Looduslik valik kosmose lifti kaabli ehitamiseks on ainult nanomeetrid või meetri laiused süsinikutorud. Varasemad uuringud on leidnud, et sellised süsiniknanotorud võivad osutuda 100 korda tugevamaks kui teras, mis on ühe kuuendiku massist.
Kuid praegu saavad teadlased teha süsiniknanotorusid kõige enam umbes 55 tolli (21 tolli) pikkuseks. Üks alternatiiv on kasutada süsiniknanotorudega koormatud komposiite, kuid need pole iseenesest piisavalt tugevad.
Nüüd on teadlased soovitanud, et bioloogiast inspiratsiooni ammutamine võib inseneridel aidata olemasolevaid materjale kasutades kosmoseelemente ehitada. "Loodetavasti innustab see kedagi proovima kosmoseelementi üles ehitada," rääkis uuringu kaasautor Seim Sun, Baltimore'is asuva Johns Hopkinsi ülikooli mehaanikainsener Space.comile.
Bioelevaatori inspiratsioon
Teadlased märkisid, et kui insenerid konstrueerivad konstruktsioone, nõuavad nad sageli, et nende struktuuride materjalid töötaksid vaid poole oma maksimaalsest tõmbetugevusest või sellest madalamal. See kriteerium piirab konstruktsioonide ebaõnnestumise tõenäosust, kuna see annab neile mänguruumi materjali tugevuse muutuste või ettenägematute asjaolude korral toimetulemiseks. [Kas me lõpetame kunagi rakettide kasutamise kosmosesse jõudmiseks?]
Seevastu inimestel talub Achilleuse kõõlus rutiinselt mehaanilisi koormusi, mis on talle väga lähedal
ülim tõmbetugevus. Bioloogia võib pideva remondimehhanismi tõttu lükata materjalid oma piiridesse, ütlesid teadlased.
"Enda remondiga saab insenerkonstruktsioone kujundada erinevalt ja jõulisemalt," sõnas Sun.
Näiteks mootor, mis ajab piitspeenelt sarnast flagellat, mida paljud bakterid tõukejõuks kasutavad, "pöörleb kiirusel umbes 10 000 p / min [pööret minutis], kuid lisaks remondib ja lülitab kõik komponendid aktiivselt ümber minutite skaalal". Ütles Sun. "See on nagu sõidate maanteel kiirusega 100 km / h [160 km / h], eemaldades samal ajal mootorid ja käigukasti!"
Teadlased töötasid välja matemaatilise raamistiku, et analüüsida, kui kaua kosmosetõstuk võib kesta, kui selle lõa osad juhuslikult kogevad rebenemist, kuid megastruktuur iseeneslikult paranes
mehhanism. Teadlased leidsid, et olemasolevate materjalide abil on võimalik kasutada väga usaldusväärset kosmosetõstukit, kui see on mõõdukalt remonditud, näiteks robotite abil.
Näiteks, arvestades kaubandusliku sünteetilise kiuduga, mida tuntakse M5 nime all, on "4-tonnise massiga lõks võimalik", teatas Sun. "See on umbes 10 000-kordne [maailma] kõrgeima hoone Burj Khalifa mass. Reaalsem on, et midagi sellist teeb süsinik-nanotoru komposiit."
Sun ja uuringute juhtiv autor, Johns Hopkinsi ülikooli doktorant Dan Popescu kirjeldasid oma järeldusi kolmapäeval (17. oktoober) ajakirjas Royal Society Interface.
