존스홉킨스대학교 수학자이자 기계공학자

미국 존스홉킨스 대학의 수학자이자 기계공학자는 엘리베이터 제조업체가 더 많은 생물학적 기술을 채택하고, 위험 평가를 조정하고, 자동화된 수리 로봇을 구축한다면 가까운 미래에 공간을 구축할 것이라고 제안했습니다. 엘리베이터는 완전히 가능합니다.
시나 테크놀로지 뉴스(베이징 시간) 6월 11일자 외신 보도에 따르면 우주 엘리베이터는 오랫동안 실생활에서 공상 과학 소설의 주제 중 하나였으며 이는 NASA 및 기타 기관의 타당성이기도 합니다. 연구 주제. 엔지니어들이 현재 도달한 합의는 우주 엘리베이터가 매우 좋은 아이디어이지만 건설 과정에는 엄청난 스트레스와 압력이 수반되며 기존 자재는 요구 사항을 충족할 수 없다는 것입니다.

그러나 미국 존스 홉킨스 대학의 수학자이자 기계 엔지니어는 엘리베이터 제조업체가 더 많은 생물학적 기술을 채택하고 위험 평가를 조정하며 자동화된 유지 보수 로봇을 구축하는 한 미래를 건설할 것이라고 제안했습니다. 우주 엘리베이터는 전적으로 가능합니다.

연구 보고서에서 저자인 Dan Popescu와 Sean Sun은 생물학적 구조(예: 인대 및 힘줄)를 기반으로 최대 응력과 최대 견인력을 발견한 우주 엘리베이터 설계를 시뮬레이션했습니다. 확장 강도의 비율이 계산됩니다. 이는 엔지니어링에 사용되는 응력-강도 비율보다 훨씬 높으며, 재료의 힘 흡수 능력은 파단력의 두 배 이상입니다.

연구원들은 이와 같은 응력 강도 비율이 일반적인 토목 공학 프로젝트에서는 허용되지만 대형 건물의 경우 이 비율이 너무 엄격하여 실패 확률을 제어할 수 없다고 지적합니다. 우주엘리베이터의 규모가 매우 크고 인간이 지은 건물 구조 중 가장 큰 것일 수도 있다는 점은 주목할 만하다.

우주 엘리베이터를 건설하면 인간과 우주 물질을 지구 대기권 밖으로 수송할 수 있습니다. 일부 우주 엘리베이터 설계에서는 로켓을 사용할 필요성에 대한 언급이 없습니다. 최초의 우주 엘리베이터 개념은 1895년 러시아 과학자 콘스탄틴 치올콥스키(Konstantin Tsiolkovsky)에 의해 제안되었습니다.

1895년 이후 과학자들은 계속해서 우주 엘리베이터의 설계를 개선해 왔지만 엘리베이터의 기본 설계는 변하지 않았습니다. 우주 엘리베이터에는 일반적으로 지상에서 약 35,786km 떨어진 정지궤도까지 위쪽으로 뻗어 있는 지구상의 견고한 케이블이 포함되어 있습니다.

케이블 상단에는 균형, 중력 및 외부 원심력이 케이블에 장력을 가해 케이블을 따라 위아래로 움직이는 화물칸을 배치합니다. 이 우주 엘리베이터의 주요 문제점은 매우 긴 케이블에 가해지는 압력이 너무 커서 현재로서는 이를 견딜 수 있는 것이 아무것도 없다는 것입니다.

지난 수십 년 동안 이 문제를 해결하기 위한 대규모 디자인 공모전과 제안이 있었지만 지금까지 성공한 사람은 아무도 없습니다. 최근 제안된 솔루션은 구글이 2014년 시작한 구글 X 프로젝트였지만 길이 1m가 넘는 초강력 탄소나노튜브 케이블을 누구도 제작하지 못해 우주엘리베이터 건설 계획은 보류됐다.

탄소나노튜브는 우주엘리베이터의 큰 희망으로 알려져 있다. 단어 브랜드 엘리베이터 하지만 이 희망은 무너질 수도 있습니다. 2006년 연구 모델에서는 약 100,000미터 길이의 나노튜브 케이블에 특정 결함이 있을 것으로 예측했으며, 이로 인해 케이블의 전체 강도가 70% 감소했습니다.

Propscu는 연구 보고서에서 다른 솔루션을 제안했습니다. 이론적으로는 탄소나노튜브가 우주엘리베이터 케이블에 가장 적합하지만 현재 기술로는 수 cm 길이가 넘는 탄소나노튜브를 생산할 수 없어 탄소나노미터를 사용한다. 우주엘리베이터를 만드는 것은 불가능하다. 그러나 그는 순수 탄소나노튜브에 비해 강도는 약하지만 일부 복합재료인 탄소나노튜브를 다른 물질과 결합해 사용하는 것을 제안했지만, 슈퍼빌딩의 안정성을 확보하기 위해 자가치유 메커니즘을 이용해 재료의 강도를 높이고 있다.

이 자가 치유 메커니즘은 매우 중요하며, 연구원들은 방향을 두 개, 즉 일련의 "스택 세그먼트"로 나누는 케이블 디자인을 제안했습니다. 측면에서는 일련의 "병렬 케이블 필라멘트로 변환됩니다. 케이블 필라멘트에 오류가 발생하면 이러한 상황이 자주 발생하며 그 영향은 자체 스택 섹션으로 제한되며 교체를 위해 수리 로봇이 도착할 때까지 부하 중량이 병렬 케이블에 즉시 공유됩니다.

연구진은 이러한 '자율 수리 메커니즘'을 통해 우주 엘리베이터는 높은 응력 수준에서도 신뢰성을 보장할 수 있는 동시에 강도가 낮은 재료로 제작할 수 있어 실제 타당성에 더 가까워진다고 지적했다.

Propscu는 이러한 모든 우주 엘리베이터 모델의 기본은 점차 감소하는 응력 비율, 엔지니어링 설계 표준과 생물학적 원리의 조합이라고 지적했습니다. 그는 인간의 아킬레스건과 척추는 엔지니어가 강철을 설계하는 응력보다 더 큰 인장 강도에 매우 가까운 엄청난 응력을 견딜 수 있다고 강조했습니다.

그 주된 이유는 철강재가 부족한 힘줄과 척추가 어느 정도 자가수복력을 갖고 있기 때문이다. 연구원들은 힘줄과 척추의 생물학적 메커니즘을 우주 엘리베이터 설계에 추가하면 미래 지향적인 신소재를 기다릴 필요가 없다는 것을 의미한다고 믿습니다.

Propscu는 "우리는 우주 엘리베이터와 같은 초대형 건물 구조가 부품 고장 가능성을 충분히 고려해야 하며 손상된 부품을 교체하기 위한 자가 치유 메커니즘도 필요하다고 믿습니다. 이렇게 하면 우주 엘리베이터가 높은 부하를 받게 됩니다. 무결성을 손상시키지 않고 실행하십시오. 즉, 기존 재료를 사용해 상부 구조물을 건설하는 것이 가능하다는 뜻입니다!"