Matemaatikko ja koneinsinööri Johns Hopkinsin yliopistossa

Matemaatikko ja koneinsinööri Johns Hopkinsin yliopistosta Yhdysvalloissa ehdottivat, että niin kauan kuin hissivalmistajat ottavat käyttöön enemmän biologisia tekniikoita, mukauttavat riskinarviointeja ja rakentavat joitain automaattisia korjausrobotteja, he rakentavat tilan lähitulevaisuudessa. Hissi on täysin mahdollinen.
Sina Technology News Pekingin aikaa 11. kesäkuuta uutiset, ulkomaisten tiedotusvälineiden mukaan avaruushissit ovat pitkään olleet yksi tieteiskirjallisuuden teemoista tosielämässä, ja tämä on myös NASAn ja muiden instituutioiden toteutettavuus. Tutkimuksen aihe. Tällä hetkellä insinöörien saavuttama yksimielisyys on, että avaruushissit ovat erittäin hyvä idea, mutta rakennusprosessiin liittyy valtavasti rasitusta ja painetta, eivätkä olemassa olevat materiaalit pysty täyttämään niiden vaatimuksia.

Kuitenkin matemaatikko ja koneinsinööri Johns Hopkinsin yliopistosta Yhdysvalloissa ehdottivat, että niin kauan kuin hissivalmistajat ottavat käyttöön enemmän biologisia tekniikoita, mukauttavat riskiarvioita ja rakentavat joitain automatisoituja huoltorobotteja, he rakentavat tulevaisuutta. Avaruushissit ovat täysin mahdollisia.

Tutkimusraportissa kirjoittajat Dan Popescu ja Sean Sun simuloivat avaruushissin suunnittelua, jossa löydettiin maksimaalinen jännitys ja maksimaalinen veto biologisten rakenteiden (esim. nivelsiteet ja jänteet) perusteella. Jatkeen lujuuden suhde lasketaan. Tämä on paljon suurempi kuin suunnittelussa käytetty jännitys-lujuussuhde, ja materiaalin kyky ottaa vastaan ​​voimia on vähintään kaksinkertainen murtovoimaan verrattuna.

Tutkijat huomauttavat, että tällaiset jännitysintensiteettisuhteet ovat hyväksyttäviä normaaleissa maa- ja vesirakennusprojekteissa, mutta suurille rakennuksille tämä suhde on liian tiukka hallitsemaan epäonnistumistodennäköisyyttä. On syytä huomata, että avaruushissi on erittäin suuri ja saattaa olla suurin ihmisen rakentama rakennusrakenne.

Avaruushissien rakentaminen mahdollistaa ihmisten ja avaruusmateriaalien kuljettamisen Maan ilmakehän ulkopuolelle. Joissakin avaruushissien malleissa ei mainita rakettien käytön tarpeesta. Varhaisimman avaruushissin konseptin ehdotti venäläinen tiedemies Konstantin Tsiolkovski vuonna 1895.

Vuodesta 1895 lähtien tiedemiehet ovat jatkaneet avaruushissien suunnittelun hiomista, mutta hissin perusrakenne ei ole muuttunut. Avaruushissi sisältää kiinteän maan päällä olevan kaapelin, joka yleensä ulottuu ylöspäin geostationaariselle kiertoradalle – noin 35 786 kilometriä maasta.

Kaapelin yläpäässä on tasapaino, painovoima ja ulospäin suuntautuva keskipakovoima, jotka kiristävät kaapelia ja sijoittavat kaapelia pitkin tavaratilan, joka liikkuu kaapelissa ylös ja alas. Tämän avaruushissin suurin ongelma on se, että erikoispitkän kaapelin paine on niin suuri, ettei mikään tällä hetkellä riitä kestämään sitä.

Viime vuosikymmeninä on ollut suuria suunnittelukilpailuja ja ehdotuksia tämän ongelman ratkaisemiseksi, mutta toistaiseksi kukaan ei ole menestynyt. Äskettäin ehdotettu ratkaisu oli Googlen vuonna 2014 käynnistämä Google X -projekti, mutta kukaan ei kyennyt valmistamaan supervahvoja, yli metrin pituisia hiilinanoputkikaapeleita, ja avaruushissin rakentamissuunnitelma jäi odottamaan.

On selvää, että hiilinanoputket ovat suuri toivo avaruushissille sanamerkki hissi insinöörejä, mutta tämä toivo saattaa pettyä. Vuoden 2006 tutkimusmallissa ennustettiin, että noin 100 000 metrin pituisessa nanoputkikaapelissa täytyy olla tiettyjä vikoja, jotka heikensivät kaapelin kokonaislujuutta 70 %.

Propscu ehdotti tutkimusraportissa erilaista ratkaisua. Vaikka hiilinanoputket ovat teoriassa paras valinta avaruushissien kaapeleihin, nykytekniikalla ei pystytä tuottamaan usean sentin pituisia hiilinanoputkia, joten käytetään hiilinanometrejä. Avaruushissejä ei ole mahdollista valmistaa. Hän kuitenkin ehdotti joidenkin komposiittimateriaalien käyttöä - hiilinanoputkia yhdistettynä muihin materiaaleihin, vaikka lujuus on heikompi kuin puhtaiden hiilinanoputkien, mutta käytämme itsekorjautumismekanismeja materiaalin lujuuden parantamiseksi superrakennuksen vakauden varmistamiseksi.

Tämä itsekorjausmekanismi on ratkaisevan tärkeä, ja tutkijat ehdottivat kaapelirakennetta, joka jakaa sen suunnan kahteen, ylöspäin, sarjaan "pinottuja segmenttejä"; sivuttain sarjaksi "rinnakkaiskaapelifilamentteja. Kun mikä tahansa kaapelilanka epäonnistuu, tämä tilanne tapahtuu usein, sen vaikutus rajoittuu sen omaan pinoosaan ja kuorman paino jaetaan välittömästi rinnakkaiskaapelille, kunnes korjausrobotti saapuu vaihtamaan.

Tutkijat huomauttivat, että tällä "itsenäisellä korjausmekanismilla" avaruushissit voivat varmistaa luotettavuuden korkeilla rasitustasoilla, ja samalla ne voidaan valmistaa heikomman lujuuden materiaaleista, mikä lähentää todellista toteutettavuutta.

Propscu huomautti, että kaikkien näiden avaruushissimallien perustana on vähitellen laskeva jännityssuhde, teknisten suunnittelustandardien ja biologisten periaatteiden yhdistelmä. Hän korosti, että ihmisen akillesjänteet ja selkäranka kestävät valtavia rasituksia, jotka ovat hyvin lähellä niiden vetolujuutta, mikä on suurempi kuin insinöörien teräksen suunnittelemat rasitukset.

Pääsyynä on se, että jänteillä ja selkärangalla on ainakin jossain määrin itsekorjautuva voima, jota teräsmateriaaleista puuttuu. Tutkijat uskovat, että jänteiden ja selkärangan biologisten mekanismien lisääminen avaruushissien suunnitteluun tarkoittaa, että meidän ei tarvitse odottaa futuristisia uusia materiaaleja.

Propscu sanoi: "Uskomme, että erittäin suurien rakennusrakenteiden, kuten avaruushissien, on otettava täysin huomioon komponenttien vian mahdollisuus, ja ne tarvitsevat myös itsekorjautuvan mekanismin vaurioituneiden komponenttien korvaamiseksi. Näin varmistetaan, että tilahissi on suuressa kuormituksessa. Suorita alas vahingoittamatta sen eheyttä. Tämä tarkoittaa, että päällysrakenteita on mahdollista rakentaa olemassa olevista materiaaleista!"