Matemático e engenheiro mecânico da Universidade Johns Hopkins

Um matemático e engenheiro mecânico da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, sugeriu que, enquanto os fabricantes de elevadores adoptarem mais técnicas biológicas, ajustarem as avaliações de risco e construírem alguns robôs de reparação automatizados, construirão um espaço num futuro próximo. O elevador é completamente possível.
Sina Technology News, horário de Pequim, em 11 de junho, de acordo com relatos da mídia estrangeira, os elevadores espaciais têm sido um dos temas da ficção científica na vida real, e esta é também a viabilidade da NASA e de outras instituições. O assunto da pesquisa. O consenso atual alcançado pelos engenheiros é que os elevadores espaciais são uma ideia muito boa, mas o processo de construção envolve enorme estresse e pressão, e os materiais existentes não conseguem atender às suas necessidades.

No entanto, um matemático e um engenheiro mecânico da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, sugeriram que, enquanto os fabricantes de elevadores adoptarem mais técnicas biológicas, ajustarem as avaliações de risco e construírem alguns robôs de manutenção automatizados, construirão um futuro. Elevadores espaciais são inteiramente possíveis.

Em um relatório de pesquisa, os autores Dan Popescu e Sean Sun simularam o projeto do elevador espacial, que encontrou tensão máxima e tração máxima com base em estruturas biológicas (por exemplo, ligamentos e tendões). A proporção da resistência da extensão é calculada. Isto é muito maior do que a relação tensão-resistência usada na engenharia, e a capacidade do material de absorver forças é pelo menos duas vezes maior que a força de ruptura.

Os investigadores salientam que relações tensão-intensidade como esta são aceitáveis ​​para projetos normais de engenharia civil, mas para grandes edifícios, esta relação é demasiado rigorosa para controlar a probabilidade de falha. É importante notar que o elevador espacial é muito grande e pode ser a maior estrutura de edifício construída pelo homem.

A construção de elevadores espaciais permite que humanos e materiais espaciais sejam transportados para fora da atmosfera terrestre. Em alguns projetos de elevadores espaciais, não há menção à necessidade do uso de foguetes. O primeiro conceito de elevador espacial foi proposto pelo cientista russo Konstantin Tsiolkovsky em 1895.

Desde 1895, os cientistas continuaram a refinar o projeto dos elevadores espaciais, mas o projeto básico do elevador não mudou. O elevador espacial contém um cabo que é sólido na Terra, geralmente estendendo-se para cima até a órbita geoestacionária – cerca de 35.786 quilômetros do solo.

Na extremidade superior do cabo há um equilíbrio, a gravidade e a força centrífuga para fora colocam o cabo em tensão, colocando um compartimento de carga ao longo do cabo que se move para cima e para baixo no cabo. O principal problema deste elevador espacial é que a pressão no cabo extralongo é tão grande que atualmente nada é suficiente para suportá-la.

Nas últimas décadas, houve alguns grandes concursos de design e propostas para resolver este problema, mas até agora ninguém teve sucesso. A solução recentemente proposta foi o projeto Google X lançado pelo Google em 2014, mas ninguém conseguiu fabricar cabos de nanotubos de carbono super-resistentes com mais de 1 metro de comprimento, e o plano de construção do elevador espacial foi suspenso.

Entende-se que os nanotubos de carbono são uma grande esperança para o elevador espacial elevador de marca de palavra engenheiros, mas esta esperança pode ser frustrada. Um modelo de pesquisa de 2006 previu que deveria haver certos defeitos no cabo de nanotubos de cerca de 100.000 metros de comprimento, o que reduziu a resistência geral do cabo em 70%.

Propscu propôs uma solução diferente no relatório de pesquisa. Embora os nanotubos de carbono sejam teoricamente a melhor escolha para cabos de elevadores espaciais, a tecnologia atual não pode produzir nanotubos de carbono com vários centímetros de comprimento, por isso são usados ​​nanômetros de carbono. Não é possível fabricar elevadores espaciais. No entanto, ele propôs o uso de alguns materiais compósitos - nanotubos de carbono combinados com outros materiais, embora a resistência seja mais fraca do que os nanotubos de carbono puro, mas estamos usando mecanismos de autocura para aumentar a resistência do material e garantir a estabilidade do super edifício.

Este mecanismo de autocura é crucial, e os pesquisadores propuseram um projeto de cabo que divide sua direção em duas, para cima, em uma série de “segmentos empilhados”; lateralmente, em uma série de "filamentos de cabo paralelos. Quando qualquer filamento de cabo falha, esta situação ocorrerá frequentemente, sua influência é limitada à sua própria seção de pilha, e o peso da carga é imediatamente compartilhado com o cabo paralelo até que o robô de reparo chegue para substituição.

Os pesquisadores destacaram que com esse “mecanismo de reparo autônomo”, os elevadores espaciais podem garantir confiabilidade em altos níveis de tensão e, ao mesmo tempo, podem ser feitos de materiais com menor resistência, o que torna a viabilidade real mais próxima.

Propscu destacou que a base de todos esses modelos de elevadores espaciais é a taxa de tensão gradualmente decrescente, a combinação de padrões de projeto de engenharia e princípios biológicos. Ele enfatizou que os tendões de Aquiles humanos e a coluna podem suportar tensões tremendas, muito próximas de sua resistência à tração, que é maior do que as tensões que os engenheiros projetam no aço.

A principal razão é que, pelo menos até certo ponto, os tendões e a coluna vertebral têm um poder de autorreparação, que falta nos materiais de aço. Os pesquisadores acreditam que adicionar os mecanismos biológicos dos tendões e da coluna vertebral ao projeto do elevador espacial significa que não precisamos esperar por novos materiais futuristas.

Propscu disse: “Acreditamos que estruturas de edifícios supergrandes, como elevadores espaciais, devem considerar totalmente a possibilidade de falha de componentes e também precisam de um mecanismo de autocura para substituir componentes danificados. Isso garantirá que o elevador espacial esteja sob carga elevada. Atropelar sem danificar sua integridade. Isto significa que é possível construir superestruturas utilizando materiais existentes!"