Математик и инженер-механик в Университете Джонса Хопкинса

Математик и инженер-механик из Университета Джонса Хопкинса в США предположили, что если производители лифтов будут внедрять больше биологических методов, корректировать оценки рисков и создавать автоматизированных ремонтных роботов, они построят свое пространство в ближайшем будущем. Лифт вполне возможен.
Новости Sina Technology News по пекинскому времени 11 июня. По сообщениям зарубежных СМИ, космические лифты уже давно стали одной из тем научной фантастики в реальной жизни, и это также осуществимо НАСА и другими институтами. Предмет исследования. В настоящее время инженеры пришли к единому мнению, что космические лифты — очень хорошая идея, но процесс строительства сопряжен с огромными нагрузками и давлением, а существующие материалы не могут удовлетворить их требованиям.

Однако математик и инженер-механик из Университета Джонса Хопкинса в США предположили, что до тех пор, пока производители лифтов будут внедрять больше биологических методов, корректировать оценки рисков и создавать автоматизированных роботов для технического обслуживания, они будут строить будущее. Космические лифты вполне возможны.

В исследовательском отчете авторы Дэн Попеску и Шон Сан смоделировали конструкцию космического лифта, которая обнаружила максимальное напряжение и максимальное натяжение на основе биологических структур (например, связок и сухожилий). Рассчитывается отношение прочности удлинителя. Это намного выше, чем соотношение напряжения и прочности, используемое в технике, а способность материала поглощать силы как минимум в два раза превышает разрывную силу.

Исследователи отмечают, что подобные соотношения интенсивности напряжений приемлемы для обычных проектов гражданского строительства, но для крупных зданий это соотношение слишком строгое, чтобы контролировать вероятность отказа. Стоит отметить, что космический лифт очень большой и, возможно, является самым большим строительным сооружением, построенным человеком.

Строительство космических лифтов позволяет перевозить людей и космические материалы за пределы атмосферы Земли. В некоторых конструкциях космических лифтов нет упоминания о необходимости использования ракет. Самая ранняя концепция космического лифта была предложена русским ученым Константином Циолковским в 1895 году.

С 1895 года ученые продолжали совершенствовать конструкцию космических лифтов, однако базовая конструкция лифта не изменилась. Космический лифт содержит кабель, который прочно закреплен на Земле и обычно простирается вверх на геостационарную орбиту – примерно в 35 786 километрах от Земли.

На верхнем конце троса находится баланс, сила тяжести и внешняя центробежная сила натягивают трос, размещая вдоль троса грузовой отсек, который перемещается вверх и вниз по тросу. Основная проблема этого космического лифта заключается в том, что давление на сверхдлинный трос настолько велико, что в настоящее время ничто не может его выдержать.

За последние несколько десятилетий было проведено несколько крупных конкурсов проектов и предложений по решению этой проблемы, но пока ни одно из них не увенчалось успехом. Недавно предложенным решением стал проект Google X, запущенный Google в 2014 году, но никто не смог изготовить сверхпрочные кабели из углеродных нанотрубок длиной более 1 метра, и план строительства космического лифта был приостановлен.

Понятно, что углеродные нанотрубки — большая надежда для космического лифта  лифт словесного бренда инженеры, но эта надежда может быть разбита. Исследовательская модель 2006 года предсказала, что в кабеле из нанотрубок длиной около 100 000 метров должны быть определенные дефекты, что снизило общую прочность кабеля на 70%.

В исследовательском отчете Пропску предложил другое решение. Хотя углеродные нанотрубки теоретически являются лучшим выбором для кабелей космических лифтов, современные технологии не позволяют производить углеродные нанотрубки длиной более нескольких сантиметров, поэтому используются углеродные нанометры. Изготовление космических лифтов невозможно. Однако он предложил использовать некоторые композитные материалы — углеродные нанотрубки в сочетании с другими материалами, хотя прочность у них слабее, чем у чистых углеродных нанотрубок, но мы используем механизмы самовосстановления для повышения прочности материала и обеспечения устойчивости суперздания.

Этот механизм самовосстановления имеет решающее значение, и исследователи предложили конструкцию кабеля, которая разделяет его направление на два: вверху — на ряд «сложенных сегментов», а сбоку — на ряд «параллельных нитей кабеля». При выходе из строя какой-либо нити кабеля такая ситуация часто возникает, ее влияние ограничивается ее собственной секцией стека, а вес груза немедленно распределяется на параллельный кабель до тех пор, пока ремонтный робот не прибудет для замены.

Исследователи отметили, что с помощью этого «автономного механизма ремонта» космические лифты могут обеспечить надежность при высоких уровнях нагрузки, и в то же время они могут быть изготовлены из материалов с меньшей прочностью, что приближает фактическую осуществимость.

Пропску отметил, что в основе всех этих моделей космических лифтов лежит постепенно уменьшающийся коэффициент напряжений, сочетание стандартов инженерного проектирования и биологических принципов. Он подчеркнул, что ахилловы сухожилия и позвоночник человека способны выдерживать огромные нагрузки, очень близкие к их прочности на разрыв, которая превышает нагрузки, которые инженеры проектируют для стали.

Основная причина заключается в том, что сухожилия и позвоночник, по крайней мере в некоторой степени, обладают способностью к самовосстановлению, чего не хватает стальным материалам. Исследователи полагают, что добавление биологических механизмов сухожилий и позвоночника в конструкцию космического лифта означает, что нам не придется ждать появления новых футуристических материалов.

Пропску сказал: «Мы считаем, что сверхбольшие строительные конструкции, такие как космические лифты, должны в полной мере учитывать возможность отказа компонентов, а также нуждаться в механизме самовосстановления для замены поврежденных компонентов. Это обеспечит высокую нагрузку на космический лифт. Спустить на воду, не повредив его целостность. Это значит, что можно строить надстройки, используя существующие материалы!»