นักคณิตศาสตร์และวิศวกรเครื่องกลที่มหาวิทยาลัย Johns Hopkins

นักคณิตศาสตร์และวิศวกรเครื่องกลที่มหาวิทยาลัย Johns Hopkins ในสหรัฐอเมริกาแนะนำว่าตราบใดที่ผู้ผลิตลิฟต์ใช้เทคนิคทางชีววิทยา ปรับการประเมินความเสี่ยง และสร้างหุ่นยนต์ซ่อมแซมอัตโนมัติ พวกเขาก็จะสร้างพื้นที่ในอนาคตอันใกล้นี้ ลิฟต์ก็เป็นไปได้หมด
ข่าวเทคโนโลยี Sina เวลาปักกิ่งในวันที่ 11 มิถุนายน ตามรายงานของสื่อต่างประเทศ ลิฟต์อวกาศเป็นหนึ่งในธีมของนิยายวิทยาศาสตร์ในชีวิตจริงมานานแล้ว และนี่ก็เป็นความเป็นไปได้ของ NASA และสถาบันอื่น ๆ หัวข้อการวิจัย ความเห็นพ้องต้องกันของวิศวกรในปัจจุบันคือลิฟต์อวกาศเป็นแนวคิดที่ดีมาก แต่กระบวนการก่อสร้างเกี่ยวข้องกับความเครียดและแรงกดดันมหาศาล และวัสดุที่มีอยู่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้

อย่างไรก็ตาม นักคณิตศาสตร์และวิศวกรเครื่องกลที่มหาวิทยาลัย Johns Hopkins ในสหรัฐอเมริกาแนะนำว่า ตราบใดที่ผู้ผลิตลิฟต์ใช้เทคนิคทางชีวภาพ ปรับการประเมินความเสี่ยง และสร้างหุ่นยนต์บำรุงรักษาอัตโนมัติ พวกเขาก็จะสร้างอนาคตได้ ลิฟต์อวกาศเป็นไปได้ทั้งหมด

ในรายงานการวิจัย ผู้เขียน Dan Popescu และ Sean Sun จำลองการออกแบบลิฟต์อวกาศ ซึ่งพบว่ามีความเครียดสูงสุดและแรงดึงสูงสุดตามโครงสร้างทางชีวภาพ (เช่น เส้นเอ็นและเส้นเอ็น) คำนวณอัตราส่วนความแข็งแกร่งของส่วนต่อขยาย ซึ่งสูงกว่าอัตราส่วนความเค้น-ความแข็งแรงที่ใช้ในงานวิศวกรรมอย่างมาก และความสามารถของวัสดุในการดูดซับแรงนั้นมีอย่างน้อยสองเท่าของแรงแตกหัก

นักวิจัยชี้ให้เห็นว่าอัตราส่วนความเครียด-ความเข้มเช่นนี้เป็นที่ยอมรับสำหรับโครงการวิศวกรรมโยธาทั่วไป แต่สำหรับอาคารขนาดใหญ่ อัตราส่วนนี้เข้มงวดเกินกว่าจะควบคุมความน่าจะเป็นที่จะเกิดความล้มเหลว เป็นที่น่าสังเกตว่าลิฟต์อวกาศมีขนาดใหญ่มากและอาจเป็นโครงสร้างอาคารที่ใหญ่ที่สุดที่มนุษย์สร้างขึ้น

การก่อสร้างลิฟต์อวกาศช่วยให้มนุษย์และวัสดุอวกาศสามารถขนส่งออกนอกชั้นบรรยากาศโลกได้ ในการออกแบบลิฟต์อวกาศบางแบบ ไม่มีการกล่าวถึงความจำเป็นในการใช้จรวด แนวคิดลิฟต์อวกาศที่เก่าแก่ที่สุดถูกเสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Konstantin Tsiolkovsky ในปี พ.ศ. 2438

ตั้งแต่ปี 1895 นักวิทยาศาสตร์ยังคงปรับปรุงการออกแบบลิฟต์อวกาศอย่างต่อเนื่อง แต่การออกแบบพื้นฐานของลิฟต์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ลิฟต์อวกาศประกอบด้วยสายเคเบิลที่แข็งบนพื้นโลก ซึ่งมักจะยาวขึ้นไปในวงโคจรค้างฟ้า – ห่างจากพื้นดินประมาณ 35,786 กิโลเมตร

ที่ปลายด้านบนของสายเคเบิลจะมีความสมดุล แรงโน้มถ่วง และแรงเหวี่ยงภายนอกที่ทำให้สายเคเบิลเกิดความตึง โดยวางห้องเก็บสัมภาระไว้ตามแนวสายเคเบิลที่เลื่อนขึ้นและลงของสายเคเบิล ปัญหาหลักของลิฟต์อวกาศนี้คือแรงกดบนสายเคเบิลที่ยาวเป็นพิเศษนั้นสูงมากจนปัจจุบันไม่มีสิ่งใดเพียงพอที่จะทนทานได้

ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา มีการแข่งขันการออกแบบขนาดใหญ่และข้อเสนอเพื่อแก้ไขปัญหานี้ แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครประสบความสำเร็จ โซลูชันที่นำเสนอล่าสุดคือโครงการ Google X ที่เปิดตัวโดย Google ในปี 2014 แต่ไม่มีใครสามารถผลิตสายเคเบิลนาโนคาร์บอนที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษที่ยาวเกิน 1 เมตรได้ และแผนการก่อสร้างลิฟต์อวกาศก็ถูกระงับไว้

เป็นที่เข้าใจกันว่าท่อนาโนคาร์บอนเป็นความหวังที่ดีสำหรับลิฟต์อวกาศ ลิฟต์แบรนด์คำ วิศวกร แต่ความหวังนี้อาจพังทลายลง แบบจำลองการวิจัยในปี 2549 คาดการณ์ว่าจะต้องมีข้อบกพร่องบางอย่างในสายเคเบิลนาโนทิวบ์ที่มีความยาวประมาณ 100,000 เมตร ซึ่งทำให้ความแข็งแรงโดยรวมของสายเคเบิลลดลง 70%

Propscu เสนอแนวทางแก้ไขที่แตกต่างในรายงานการวิจัย แม้ว่าในทางทฤษฎีแล้วท่อนาโนคาร์บอนจะเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับสายเคเบิลลิฟต์อวกาศ แต่เทคโนโลยีปัจจุบันไม่สามารถผลิตท่อนาโนคาร์บอนที่มีความยาวเกินหลายเซนติเมตรได้ ดังนั้นจึงใช้คาร์บอนนาโนเมตร ไม่สามารถผลิตลิฟต์อวกาศได้ อย่างไรก็ตาม เขาเสนอให้ใช้วัสดุคอมโพสิตบางชนิด เช่น ท่อนาโนคาร์บอนรวมกับวัสดุอื่นๆ แม้ว่าความแข็งแรงจะน้อยกว่าท่อนาโนคาร์บอนบริสุทธิ์ แต่เรากำลังใช้กลไกการซ่อมแซมตัวเองเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุเพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพของอาคารซุปเปอร์

กลไกการรักษาตัวเองนี้เป็นสิ่งสำคัญ และนักวิจัยได้เสนอการออกแบบสายเคเบิลที่แบ่งทิศทางออกเป็นสองส่วนขึ้นไปเป็นชุดของ "ส่วนที่ซ้อนกัน" ด้านข้างเป็นชุดของ "เส้นใยสายเคเบิลแบบขนาน เมื่อเส้นใยสายเคเบิลใด ๆ ล้มเหลว สถานการณ์นี้มักจะเกิดขึ้น อิทธิพลของมันจะถูกจำกัดอยู่ที่ส่วนสแต็กของตัวเอง และน้ำหนักโหลดจะถูกแบ่งปันไปยังสายเคเบิลแบบขนานทันทีจนกว่าหุ่นยนต์ซ่อมแซมจะมาถึงเพื่อเปลี่ยนใหม่

นักวิจัยชี้ให้เห็นว่าด้วย "กลไกการซ่อมแซมอัตโนมัติ" นี้ ลิฟต์อวกาศสามารถรับประกันความน่าเชื่อถือในระดับความเครียดที่สูง และในขณะเดียวกัน ลิฟต์ก็สามารถทำจากวัสดุที่มีความแข็งแรงต่ำกว่า ซึ่งทำให้ความเป็นไปได้ที่แท้จริงเข้าใกล้ยิ่งขึ้น

Propscu ชี้ให้เห็นว่าพื้นฐานของแบบจำลองลิฟต์อวกาศเหล่านี้คืออัตราส่วนความเครียดที่ค่อยๆ ลดลง ซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างมาตรฐานการออกแบบทางวิศวกรรม และหลักการทางชีววิทยา เขาเน้นย้ำว่าเอ็นร้อยหวายของมนุษย์และกระดูกสันหลังสามารถทนต่อแรงกดมหาศาลได้ ซึ่งใกล้เคียงกับความต้านทานแรงดึง ซึ่งมากกว่าแรงกดที่วิศวกรออกแบบเหล็ก

สาเหตุหลักก็คือ อย่างน้อยก็ในระดับหนึ่ง เส้นเอ็นและกระดูกสันหลังมีพลังในการซ่อมแซมตัวเอง ซึ่งยังขาดวัสดุที่เป็นเหล็ก นักวิจัยเชื่อว่าการเพิ่มกลไกทางชีววิทยาของเส้นเอ็นและกระดูกสันหลังในการออกแบบลิฟต์อวกาศหมายความว่าเราไม่ต้องรอวัสดุใหม่แห่งอนาคต

Propscu กล่าวว่า "เราเชื่อว่าโครงสร้างอาคารขนาดใหญ่พิเศษ เช่น ลิฟต์อวกาศ จะต้องพิจารณาถึงความเป็นไปได้ที่ส่วนประกอบจะล้มเหลวอย่างเต็มที่ และยังจำเป็นต้องมีกลไกการซ่อมแซมตัวเองเพื่อทดแทนส่วนประกอบที่เสียหายอีกด้วย เพื่อให้แน่ใจว่าลิฟต์อวกาศอยู่ภายใต้ภาระหนัก วิ่งลงโดยไม่ทำลายความสมบูรณ์ของมัน ซึ่งหมายความว่าสามารถสร้างโครงสร้างส่วนบนโดยใช้วัสดุที่มีอยู่ได้!"