En kunstners illustrasjon av et massivt transportsystem for romheis. Fremtidige versjoner av teknologien kan en dag fikse seg selv.
(Bilde: © Japan Space Elevator Association)
Romheiser for å ferge passasjerer og last til og fra bane kan bygges ved hjelp av eksisterende materialer, hvis teknologien henter inspirasjon fra biologi for å fikse seg selv når det er nødvendig, finner en ny studie.
I teorien består en romheis av en kabel eller bunt av kabler som strekker seg tusenvis av miles til en motvekt i verdensrommet. Jordens rotasjon ville holde kabelen stram, og klatrekjøretøyer ville glippe opp og ned kabelen med hastighet på et tog.
Turen opp i en romheis vil trolig ta dager. Når en romheis er bygd, kan imidlertid en tur til verdensrommet på teknologien være langt billigere og tryggere enn på en rakett. Rom-heis-teknologien blir nå testet i det virkelige livet i det japanske STARS-Me-eksperimentet (forkortelse av Space Tethered Autonomous Robotic Satellite-Mini Elevator), som ankom den internasjonale romstasjonen 27. september ombord Japans robot-HTV-7-lasteromskip .
Konseptet med den bønne-stilte heisen til verdensrommet går tilbake til et "tankeeksperiment" fra 1895 fra den russiske rompioneren Konstantin Tsiolkovsky. Siden den gang har slike "megastrukturer" ofte vist seg i science fiction. Det viktigste problemet med å lage romheiser er å bygge en kabel som er sterk nok til å motstå de ekstraordinære kreftene den vil møte. ['Pillar to the Sky': A Space Elevator Q&A med forfatter William Forstchen]
Et naturlig valg for konstruksjon av en romheisekabel er karbonrør som bare er nanometer eller milliarddeler av en meter bred. Tidligere forskning har funnet at slike karbon nanorør kan vise seg 100 ganger sterkere enn stål ved en sjettedel av vekten.
For øyeblikket kan forskere imidlertid lage karbon-nanorør bare 55 centimeter lang. Et alternativ er å bruke kompositter fylt med karbon nanorør, men disse er ikke sterke nok av seg selv.
Nå har forskere antydet at å hente inspirasjon fra biologi kan hjelpe ingeniører med å bygge romheiser ved å bruke eksisterende materialer. "Forhåpentligvis vil dette inspirere noen til å prøve å bygge romheisen," sa medforfatter Sean Sun, maskiningeniør ved Johns Hopkins University i Baltimore, til Space.com.
Bio-heis inspirasjon
Forskerne bemerket at når ingeniører designer konstruksjoner, krever de ofte materialene for at disse strukturene skal fungere med bare halvparten av sin maksimale strekkfasthet, eller mindre enn det. Dette kriteriet begrenser sjansene for at strukturer mislykkes, fordi det gir dem spillerom til å håndtere variasjoner i materialstyrke eller uforutsette omstendigheter. [Vil vi noen gang slutte å bruke raketter for å nå plass?]
I kontrast til det, motstår Achilles-senen rutinemessig mekaniske påkjenninger veldig nær dens
maksimal strekkfasthet. Biologi kan presse materialer til sitt ytterste på grunn av kontinuerlige reparasjonsmekanismer, sa forskerne.
"Med selvreparasjon kan ingeniørkonstruksjoner utformes på en annen og mer robust måte," sa Sun.
For eksempel, motoren som driver med piskelignende flagella som mange bakterier bruker for fremdrift "snurrer med omtrent 10 000 omdreininger per minutt [omdreininger per minutt], men den reparerer også aktivt og snur alle komponentene i tidsskalaen på minutter," Sol sa. "Dette er som om du kjører nedover veien med 160 km / t mens du tar ut motorene og girkassen for å erstatte dem!"
Forskerne utviklet et matematisk rammeverk for å analysere hvor lang tid en romheis kan vare hvis deler av dens tether tilfeldig opplevde brudd, men megastrukturen hadde en selvreparasjon
mekanisme. Forskerne fant at en svært pålitelig romheis var mulig ved bruk av eksisterende materialer hvis den gjennomgikk moderat reparasjonsgrad, for eksempel fra roboter.
For eksempel, gitt den kommersielle syntetiske fiberen kjent som M5, "er en massevæske på 4 milliarder tonn mulig," sa Sun. "Dette er omtrent 10.000 ganger massen til [verdens] høyeste bygning, Burj Khalifa. Mer realistisk vil noe som en karbon-nanorørkompositt gjøre jobben."
Sun og studielederforfatter, Dan Popescu, en doktorgradsstudent ved Johns Hopkins University, detaljerte funnene onsdag (17. oktober) i Journal of the Royal Society Interface.
