Matemático e ingeniero mecánico en la Universidad Johns Hopkins

Un matemático y un ingeniero mecánico de la Universidad Johns Hopkins en Estados Unidos sugirieron que mientras los fabricantes de ascensores adopten más técnicas biológicas, ajusten las evaluaciones de riesgos y construyan algunos robots de reparación automatizados, construirán un espacio en un futuro próximo. El ascensor es completamente posible.
Sina Technology News, hora de Beijing, el 11 de junio. Según informes de medios extranjeros, los ascensores espaciales han sido durante mucho tiempo uno de los temas de la ciencia ficción en la vida real, y esta es también la viabilidad de la NASA y otras instituciones. El tema de la investigación. El consenso actual alcanzado por los ingenieros es que los ascensores espaciales son una muy buena idea, pero el proceso de construcción implica enormes tensiones y presiones, y los materiales existentes no pueden satisfacer sus necesidades.

Sin embargo, un matemático y un ingeniero mecánico de la Universidad Johns Hopkins en Estados Unidos sugirieron que mientras los fabricantes de ascensores adopten más técnicas biológicas, ajusten las evaluaciones de riesgos y construyan algunos robots de mantenimiento automatizados, construirán un futuro. Los ascensores espaciales son totalmente posibles.

En un informe de investigación, los autores Dan Popescu y Sean Sun simularon el diseño del ascensor espacial, que encontró la máxima tensión y la máxima atracción en función de estructuras biológicas (p. ej., ligamentos y tendones). Se calcula la relación entre la resistencia de la extensión. Esta relación es mucho mayor que la relación tensión-resistencia utilizada en ingeniería, y la capacidad del material para absorber fuerzas es al menos el doble de la fuerza de rotura.

Los investigadores señalan que relaciones tensión-intensidad como ésta son aceptables para proyectos normales de ingeniería civil, pero para edificios grandes, esta relación es demasiado estricta para controlar la probabilidad de falla. Vale la pena señalar que el ascensor espacial es muy grande y puede ser la estructura de edificio más grande construida por humanos.

La construcción de ascensores espaciales permite transportar humanos y materiales espaciales fuera de la atmósfera terrestre. En algunos diseños de ascensores espaciales no se menciona la necesidad de utilizar cohetes. El primer concepto de ascensor espacial fue propuesto por el científico ruso Konstantin Tsiolkovsky en 1895.

Desde 1895, los científicos han seguido perfeccionando el diseño de los ascensores espaciales, pero el diseño básico del ascensor no ha cambiado. El ascensor espacial contiene un cable sólido en la Tierra, que generalmente se extiende hacia arriba hasta la órbita geoestacionaria – a unos 35.786 kilómetros del suelo.

En el extremo superior del cable hay un equilibrio, la gravedad y la fuerza centrífuga hacia afuera ponen el cable en tensión, colocando un compartimento de carga a lo largo del cable que se mueve hacia arriba y hacia abajo. El principal problema de este ascensor espacial es que la presión sobre el cable extralargo es tan grande que actualmente nada es suficiente para soportarlo.

En las últimas décadas se han celebrado algunos grandes concursos de diseño y propuestas para solucionar este problema, pero hasta ahora nadie ha tenido éxito. La solución propuesta recientemente fue el proyecto Google X lanzado por Google en 2014, pero nadie pudo fabricar cables de nanotubos de carbono de alta resistencia de más de 1 metro de largo y el plan de construcción del ascensor espacial quedó en suspenso.

Se entiende que los nanotubos de carbono son una gran esperanza para los ascensores espaciales  ascensor de marca de palabras ingenieros, pero esta esperanza puede verse frustrada. Un modelo de investigación de 2006 predijo que debía haber ciertos defectos en el cable de nanotubos de unos 100.000 metros de largo, lo que reducía la resistencia general del cable en un 70%.

Propscu propuso una solución diferente en el informe de investigación. Aunque los nanotubos de carbono son teóricamente la mejor opción para los cables de ascensores espaciales, la tecnología actual no puede producir nanotubos de carbono de más de varios centímetros de longitud, por lo que se utilizan nanómetros de carbono. No es posible fabricar ascensores espaciales. Sin embargo, propuso el uso de algunos materiales compuestos: nanotubos de carbono combinados con otros materiales, aunque la resistencia es más débil que la de los nanotubos de carbono puros, pero estamos utilizando mecanismos de autocuración para mejorar la resistencia del material y garantizar la estabilidad del superedificio.

Este mecanismo de autocuración es crucial, y los investigadores propusieron un diseño de cable que divide su dirección en dos, hacia arriba, en una serie de "segmentos apilados"; lateralmente, en una serie de "filamentos de cable paralelos". Cuando falla cualquier filamento de cable, esta situación suele ocurrir, su influencia se limita a su propia sección de pila y el peso de la carga se comparte inmediatamente con el cable paralelo hasta que llega el robot de reparación para reemplazarlo.

Los investigadores señalaron que con este "mecanismo de reparación autónomo", los ascensores espaciales pueden garantizar la fiabilidad a altos niveles de tensión y, al mismo tiempo, pueden estar fabricados con materiales de menor resistencia, lo que acerca la viabilidad real.

Propscu señaló que la base de todos estos modelos de ascensores espaciales es la relación de tensiones que disminuye gradualmente, la combinación de estándares de diseño de ingeniería y principios biológicos. Destacó que los tendones de Aquiles humanos y la columna vertebral pueden soportar tensiones tremendas, muy cercanas a su resistencia a la tracción, que es mayor que las tensiones que los ingenieros diseñan el acero.

La razón principal es que, al menos hasta cierto punto, los tendones y la columna vertebral tienen un poder autorreparador del que carecen los materiales de acero. Los investigadores creen que añadir los mecanismos biológicos de los tendones y la columna vertebral al diseño de los ascensores espaciales significa que no tenemos que esperar nuevos materiales futuristas.

Propscu afirmó: "Creemos que las estructuras de edificios de gran tamaño, como los ascensores espaciales, deben considerar plenamente la posibilidad de que se produzcan fallos en los componentes y también necesitan un mecanismo de autocuración para reemplazar los componentes dañados. Esto garantizará que el ascensor espacial esté bajo una carga elevada. Se estropea sin dañar su integridad. ¡Esto significa que es posible construir superestructuras utilizando materiales existentes!"