En kunstners illustration af et massivt rumhejsetransportsystem. Fremtidige versioner af teknologien kunne en dag fikse sig selv.
(Billede: © Japan Space Elevator Association)
Rumhejs til færgefartøjer og fragt til og fra bane kan bygges ved hjælp af eksisterende materialer, hvis teknologien henter inspiration fra biologien for at fikse sig selv, når det er nødvendigt, finder en ny undersøgelse.
I teorien består en rumhejs af et kabel eller et bundt kabler, der strækker sig tusinder af miles til en modvægt i rummet. Jordens omdrejning ville holde kablet stramt, og klatrekøretøjer ville lynlås op og ned på kablet med et tog.
Turen op ad en rumhejs vil sandsynligvis tage dage. Når en rumslift imidlertid er bygget, kan en tur til rummet på teknologien være langt billigere og sikrere end på en raket. Rum-elevatorsteknologi testes nu i det virkelige liv i det japanske STARS-Me-eksperiment (kort for Space Tethered Autonomous Robotic Satellite-Mini Elevator), der ankom til den internationale rumstation 27 september ombord Japans robot HTV-7 fragt rumfartøj .
Konceptet med den bønnetræellignende elevator til rummet går tilbage til et "tankeeksperiment" fra 1895 fra den russiske rumpionerer Konstantin Tsiolkovsky. Siden da har sådanne "megastrukturer" ofte vist sig inden for science fiction. Det centrale problem ved skabelse af rumheiser er at opbygge et kabel, der er stærkt nok til at modstå de ekstraordinære kræfter, det ville støde på. ['Pillar to the Sky': A Space Elevator Q&A med forfatter William Forstchen]
Et naturligt valg til konstruktion af et rumløftekabel er kulstofrør, der kun er nanometer eller milliarddele af en meter bred. Tidligere forskning har fundet, at sådanne carbon nanorør kan vise sig 100 gange stærkere end stål ved en sjettedel af vægten.
Imidlertid kan forskere i øjeblikket fremstille carbon nanorør kun højst 21 centimeter (55 centimeter). Et alternativ er at bruge kompositter fyldt med carbon nanorør, men disse er ikke selv stærke nok.
Nu har forskere foreslået, at inspiration fra biologi kan hjælpe ingeniører med at opbygge rumheiser ved hjælp af eksisterende materialer. "Forhåbentlig vil dette inspirere nogen til at forsøge at bygge rumheisen," fortæller medforfatter Sean Sun, en maskiningeniør ved Johns Hopkins University i Baltimore, til Space.com.
Bio-elevator inspiration
Forskerne bemærkede, at når ingeniører designer konstruktioner, kræver de ofte materialerne, at disse strukturer fungerer kun på halvdelen af deres maksimale trækstyrke, eller mindre end det. Dette kriterium begrænser chancerne for, at strukturer mislykkes, fordi det giver dem spillerum til at håndtere variationer i materialestyrke eller uforudsete omstændigheder. [Vil vi nogensinde stoppe med at bruge raketter til at nå plads?]
I kontrast dertil, modstår akillessenen rutinemæssigt hos mennesker mekaniske belastninger meget tæt på dens
ultimativ trækstyrke. Biologi kan skubbe materialer til deres grænser på grund af kontinuerlige reparationsmekanismer, sagde forskerne.
"Med selvreparation kan ingeniørstrukturer designes anderledes og mere robust," sagde Sun.
For eksempel drejer motoren, der driver den pisklignende flagella, som mange bakterier bruger til fremdrift, "omkring 10.000 omdrejninger pr. Minut (omdrejninger pr. Minut), men den reparerer også aktivt alle deres komponenter i tidsskalaen på minutter," Sol sagde. "Det er som om du kører ad vejen med 160 km / t mens du tager dine motorer og transmission ud for at udskifte dem!"
Forskerne udviklede en matematisk ramme til at analysere, hvor længe en rumslift kunne vare, hvis dele af dens bundfald tilfældigt oplevede brud, men megastrukturen havde en selvreparation
mekanisme. Forskerne fandt, at en meget pålidelig rumhejs var mulig ved anvendelse af i øjeblikket eksisterende materialer, hvis den gennemgik moderate reparationshastigheder, f.eks. Fra robotter.
For eksempel, i betragtning af den kommercielle syntetiske fiber, der er kendt som M5, "er en bundning af masse på 4 milliarder tons mulig," sagde Sun. "Dette er ca. 10.000 gange massen af [verdens] højeste bygning, Burj Khalifa. Mere realistisk vil noget som en carbon-nanotube-komposit gøre jobbet."
Sun og studielederforfatter, Dan Popescu, en doktorand ved Johns Hopkins University, detaljerede deres fund onsdag (17. oktober) i Journal of the Royal Society Interface.
