Ein Mathematiker und Maschinenbauingenieur an der Johns Hopkins University

Ein Mathematiker und ein Maschinenbauingenieur an der Johns Hopkins University in den Vereinigten Staaten schlugen vor, dass Aufzugshersteller in naher Zukunft einen Raum schaffen werden, solange sie mehr biologische Techniken einführen, Risikobewertungen anpassen und einige automatisierte Reparaturroboter bauen. Der Aufzug ist durchaus möglich.
Sina Technology News Pekinger Zeit am 11. Juni Nachrichten zufolge sind Weltraumaufzüge laut ausländischen Medienberichten seit langem eines der Themen der Science-Fiction im wirklichen Leben, und dies ist auch die Machbarkeit der NASA und anderer Institutionen. Gegenstand der Forschung. Der derzeitige Konsens der Ingenieure besteht darin, dass Weltraumaufzüge eine sehr gute Idee sind, der Bauprozess jedoch mit enormen Belastungen und Druck verbunden ist und vorhandene Materialien ihre Anforderungen nicht erfüllen können.

Ein Mathematiker und ein Maschinenbauingenieur an der Johns Hopkins University in den Vereinigten Staaten schlugen jedoch vor, dass Aufzugshersteller eine Zukunft aufbauen werden, solange sie mehr biologische Techniken einführen, Risikobewertungen anpassen und einige automatisierte Wartungsroboter bauen. Weltraumaufzüge sind durchaus möglich.

In einem Forschungsbericht simulierten die Autoren Dan Popescu und Sean Sun das Design des Weltraumaufzugs, bei dem maximale Belastung und maximale Zugkraft auf der Grundlage biologischer Strukturen (z. B. Bänder und Sehnen) ermittelt wurden. Das Verhältnis der Stärke der Verlängerung wird berechnet. Dies liegt weit über dem im Maschinenbau verwendeten Spannungs-Festigkeits-Verhältnis und die Fähigkeit des Materials, Kräfte aufzunehmen, beträgt mindestens das Doppelte der Bruchkraft.

Die Forscher weisen darauf hin, dass solche Spannungs-Intensitäts-Verhältnisse für normale Tiefbauprojekte akzeptabel seien, bei großen Gebäuden sei dieses Verhältnis jedoch zu streng, um die Ausfallwahrscheinlichkeit zu kontrollieren. Es ist erwähnenswert, dass der Weltraumaufzug sehr groß ist und möglicherweise das größte von Menschen gebaute Gebäude ist.

Der Bau von Weltraumaufzügen ermöglicht den Transport von Menschen und Weltraummaterialien außerhalb der Erdatmosphäre. In einigen Raumaufzugskonstruktionen wird die Notwendigkeit des Einsatzes von Raketen nicht erwähnt. Das früheste Konzept eines Weltraumaufzugs wurde 1895 vom russischen Wissenschaftler Konstantin Ziolkowski vorgeschlagen.

Seit 1895 haben Wissenschaftler das Design von Weltraumaufzügen weiter verfeinert, aber das grundlegende Design des Aufzugs hat sich nicht geändert. Der Weltraumaufzug enthält ein Kabel, das fest mit der Erde verbunden ist und normalerweise nach oben in die geostationäre Umlaufbahn reicht – etwa 35.786 Kilometer über der Erde.

Am oberen Ende des Kabels befindet sich eine Waage. Die Schwerkraft und die nach außen gerichtete Zentrifugalkraft setzen das Kabel unter Spannung und bilden einen Laderaum entlang des Kabels, der sich am Kabel auf und ab bewegt. Das Hauptproblem dieses Weltraumaufzugs besteht darin, dass der Druck auf das überlange Kabel so groß ist, dass derzeit nichts ausreicht, um ihm standzuhalten.

In den letzten Jahrzehnten gab es einige große Designwettbewerbe und Vorschläge zur Lösung dieses Problems, aber bisher war niemand erfolgreich. Die kürzlich vorgeschlagene Lösung war das 2014 von Google ins Leben gerufene Google

Es versteht sich, dass Kohlenstoffnanoröhren eine große Hoffnung für den Weltraumaufzug sind Wortmarkenaufzug Ingenieure, aber diese Hoffnung könnte enttäuscht werden. Ein Forschungsmodell aus dem Jahr 2006 sagte voraus, dass das etwa 100.000 Meter lange Nanoröhrenkabel bestimmte Defekte aufweisen muss, was die Gesamtfestigkeit des Kabels um 70 % verringerte.

Propscu schlug im Forschungsbericht eine andere Lösung vor. Obwohl Kohlenstoff-Nanoröhren theoretisch die beste Wahl für Weltraumaufzugskabel sind, können mit der aktuellen Technologie keine Kohlenstoff-Nanoröhren mit einer Länge von mehreren Zentimetern hergestellt werden, weshalb Kohlenstoff-Nanoröhren verwendet werden. Es ist nicht möglich, Weltraumaufzüge herzustellen. Er schlug jedoch die Verwendung einiger Verbundmaterialien vor – Kohlenstoffnanoröhren in Kombination mit anderen Materialien. Obwohl die Festigkeit schwächer ist als bei reinen Kohlenstoffnanoröhren, verwenden wir Selbstheilungsmechanismen, um die Festigkeit des Materials zu erhöhen und die Stabilität des Supergebäudes sicherzustellen.

Dieser Selbstheilungsmechanismus ist von entscheidender Bedeutung, und die Forscher schlugen ein Kabeldesign vor, das seine Richtung in zwei, nach oben, in eine Reihe von „gestapelten Segmenten“ aufteilt; seitlich in eine Reihe „paralleler Kabelfilamente“. Wenn ein Kabelfilament ausfällt, tritt diese Situation häufig auf, sein Einfluss ist auf seinen eigenen Stapelabschnitt beschränkt und das Lastgewicht wird sofort auf das parallele Kabel verteilt, bis der Reparaturroboter zum Austausch eintrifft.

Die Forscher wiesen darauf hin, dass Weltraumaufzüge mit diesem „autonomen Reparaturmechanismus“ die Zuverlässigkeit bei hoher Belastung gewährleisten können und gleichzeitig aus Materialien mit geringerer Festigkeit hergestellt werden können, was die tatsächliche Machbarkeit näher bringt.

Propscu wies darauf hin, dass die Grundlage all dieser Weltraumaufzugsmodelle das allmählich abnehmende Spannungsverhältnis ist, die Kombination aus technischen Designstandards und biologischen Prinzipien. Er betonte, dass die menschliche Achillessehne und die Wirbelsäule enormen Belastungen standhalten können, die ihrer Zugfestigkeit sehr nahe kommen, die größer ist als die Belastungen, die Ingenieure bei der Konstruktion von Stahl verursachen.

Der Hauptgrund liegt darin, dass die Sehnen und die Wirbelsäule zumindest teilweise über eine Selbstheilungskraft verfügen, die bei Stahlwerkstoffen fehlt. Forscher glauben, dass wir nicht auf futuristische neue Materialien warten müssen, wenn wir die biologischen Mechanismen von Sehnen und Wirbelsäule in die Konstruktion von Weltraumaufzügen integrieren.

Propscu sagte: „Wir glauben, dass supergroße Gebäudestrukturen wie Weltraumaufzüge die Möglichkeit eines Komponentenausfalls vollständig berücksichtigen müssen und außerdem einen Selbstheilungsmechanismus benötigen, um beschädigte Komponenten zu ersetzen.“ Dadurch wird sichergestellt, dass der Weltraumaufzug einer hohen Belastung ausgesetzt ist. Herunterfahren, ohne seine Integrität zu beschädigen. Das bedeutet, dass es möglich ist, Aufbauten mit vorhandenen Materialien zu bauen!“