Một minh họa của một nghệ sĩ về một hệ thống giao thông thang máy không gian lớn. Các phiên bản tương lai của công nghệ một ngày nào đó có thể tự sửa chữa.
(Ảnh: © Hiệp hội thang máy không gian Nhật Bản)
Một nghiên cứu mới cho thấy, thang máy không gian để chở hành khách và hàng hóa đến và đi trên quỹ đạo có thể được chế tạo bằng vật liệu hiện có, nếu công nghệ lấy cảm hứng từ sinh học để tự khắc phục khi cần thiết, một nghiên cứu mới cho thấy.
Về lý thuyết, một thang máy không gian bao gồm một cáp hoặc bó dây cáp mà kéo dài hàng ngàn dặm để một đối trọng trong không gian. Vòng quay của Trái đất sẽ giữ cho dây cáp căng ra và các phương tiện leo núi sẽ kéo lên và xuống cáp với tốc độ của một đoàn tàu.
Việc đi lên một thang máy không gian có thể sẽ mất nhiều ngày. Tuy nhiên, một khi thang máy không gian được chế tạo, một chuyến đi đến vũ trụ trên công nghệ có thể rẻ hơn và an toàn hơn nhiều so với trên tên lửa. Công nghệ thang máy không gian hiện đang được thử nghiệm trong đời thực trong thí nghiệm STARS-Me của Nhật Bản (viết tắt của Thang máy vệ tinh tự động tự động Tethered Space Tethered), đã đến Trạm vũ trụ quốc tế vào ngày 27 tháng 9 trên tàu vũ trụ chở hàng HTV-7 của Nhật Bản .
Khái niệm thang máy giống như cây đậu lên không gian bắt nguồn từ một "thí nghiệm tư tưởng" năm 1895 từ nhà tiên phong không gian người Nga Konstantin Tsiolkovsky. Kể từ đó, những "siêu đô thị" như vậy thường xuất hiện trong khoa học viễn tưởng. Vấn đề chính trong việc tạo ra thang máy không gian là xây dựng một dây cáp đủ mạnh để chịu được các lực bất thường mà nó sẽ gặp phải. ['Trụ cột trên bầu trời': Hỏi và đáp về thang máy không gian với tác giả William Forstchen]
Một lựa chọn tự nhiên để xây dựng cáp thang máy không gian là các ống carbon chỉ nanomet hoặc một phần tỷ mét rộng. Nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra rằng các ống nano carbon như vậy có thể chứng minh mạnh hơn 100 lần so với thép với trọng lượng bằng 1/6.
Tuy nhiên, hiện tại, các nhà khoa học có thể tạo ra các ống nano carbon chỉ dài khoảng 21 inch (55 cm). Một cách khác là sử dụng vật liệu tổng hợp được nạp bằng ống nano carbon, nhưng bản thân chúng không đủ mạnh.
Bây giờ, các nhà nghiên cứu đã gợi ý rằng việc lấy cảm hứng từ sinh học có thể giúp các kỹ sư xây dựng thang máy không gian bằng các vật liệu hiện có. "Hy vọng, điều này sẽ truyền cảm hứng cho ai đó cố gắng xây dựng thang máy không gian", đồng tác giả nghiên cứu Sean Sun, một kỹ sư cơ khí tại Đại học Johns Hopkins ở Baltimore, nói với Space.com.
Cảm hứng thang máy sinh học
Các nhà khoa học lưu ý rằng khi các kỹ sư thiết kế các cấu trúc, họ thường yêu cầu các vật liệu cho các cấu trúc này hoạt động chỉ bằng một nửa độ bền kéo tối đa của chúng, hoặc ít hơn thế. Tiêu chí này giới hạn các cơ hội của các cấu trúc thất bại, bởi vì nó cho phép họ xử lý các biến thể về sức mạnh vật chất hoặc các tình huống không lường trước được. [Chúng ta sẽ ngừng sử dụng tên lửa để tiếp cận không gian chứ?]
Ngược lại, ở người, gân Achilles thường xuyên chịu được các ứng suất cơ học rất gần với nó
độ bền kéo. Các nhà nghiên cứu cho biết sinh học có thể đẩy vật liệu đến giới hạn của chúng vì các cơ chế sửa chữa liên tục.
"Với việc tự sửa chữa, các cấu trúc kỹ thuật có thể được thiết kế khác biệt và mạnh mẽ hơn", Sun nói.
Ví dụ, động cơ điều khiển Flagella giống như roi mà nhiều vi khuẩn sử dụng để đẩy "quay với tốc độ khoảng 10.000 vòng / phút [vòng quay mỗi phút], nhưng nó cũng chủ động sửa chữa và lật ngược tất cả các thành phần của nó trên thang thời gian của phút", Tôn nói. "Điều này giống như bạn lái xe xuống đường với tốc độ 100 dặm / giờ [160 km / giờ] trong khi lấy động cơ và hộp số của bạn để thay thế chúng!"
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một khung toán học để phân tích một thang máy không gian có thể tồn tại bao lâu nếu các bộ phận của dây buộc bị đứt ngẫu nhiên nhưng cơ sở hạ tầng sở hữu một tự sửa chữa
cơ chế. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng một thang máy không gian có độ tin cậy cao có thể sử dụng các vật liệu hiện có nếu nó trải qua các mức độ sửa chữa vừa phải, chẳng hạn như từ robot.
Ví dụ, với sợi tổng hợp thương mại được gọi là M5, "một khối lượng 4 tỷ tấn là có thể," Sun nói. "Đây là khoảng 10.000 lần khối lượng của tòa nhà cao nhất thế giới, Burj Khalifa. Thực tế hơn, một cái gì đó giống như hỗn hợp ống nano carbon sẽ thực hiện công việc."
Sun và tác giả chính của nghiên cứu, Dan Popescu, một sinh viên tiến sĩ tại Đại học Johns Hopkins, đã trình bày chi tiết phát hiện của họ vào thứ Tư (17 tháng 10) trên Tạp chí Giao diện Xã hội Hoàng gia.
