ジョンズ・ホプキンス大学の数学者および機械エンジニア

米国のジョンズ・ホプキンス大学の数学者と機械技術者は、エレベーターメーカーがより生物学的手法を採用し、リスク評価を調整し、自動修理ロボットを構築する限り、近い将来にそのスペースを建設するだろうと示唆した。エレベーターは完全に可能です。
新浪科技ニュース北京時間6月11日のニュースによると、海外メディアの報道によると、宇宙エレベーターは長い間現実世界でもSFのテーマの1つであり、これはNASAなどの機関でも実現可能性があるという。研究の主題。現在、技術者たちの合意に達しているのは、宇宙エレベーターは非常に良いアイデアだが、その建設プロセスには多大な応力と圧力がかかり、既存の材料はその要件を満たすことができない、ということです。

しかし、米国のジョンズ・ホプキンス大学の数学者と機械技術者は、エレベーターメーカーがより生物学的手法を採用し、リスク評価を調整し、自動メンテナンスロボットを構築する限り、未来を築くだろうと示唆した。宇宙エレベーターは十分に可能です。

研究報告の中で、著者のダン・ポペスク氏とショーン・サン氏は宇宙エレベーターの設計をシミュレーションし、生物学的構造（靱帯や腱など）に基づいて最大応力と最大引力を発見しました。伸びの強さの比率を計算します。これは工学で使用される応力と強度の比よりもはるかに高く、材料の力を吸収する能力は破壊力の少なくとも 2 倍です。

研究者らは、このような応力強度比は通常の土木プロジェクトでは許容できるが、大規模な建物の場合、この比は破損の確率を制御するには厳しすぎると指摘しています。注目に値するのは、宇宙エレベーターは非常に大きく、人類が建設した建築物としては最大のものである可能性があるということです。

宇宙エレベーターの建設により、人間や宇宙物質を大気圏外に輸送できるようになります。宇宙エレベーターの設計の中には、ロケットを使用する必要性について言及していないものもあります。最も初期の宇宙エレベーターの概念は、1895 年にロシアの科学者コンスタンチン・ツィオルコフスキーによって提案されました。

1895 年以来、科学者たちは宇宙エレベーターの設計を改良し続けてきましたが、エレベーターの基本的な設計は変わっていません。宇宙エレベーターには、地球上に固定されたケーブルが含まれており、通常は地上から約 35,786 キロメートルの静止軌道まで上向きに伸びています。

ケーブルの上端にはバランスがあり、重力と外側の遠心力によってケーブルに張力がかかり、ケーブルに沿って貨物室が配置され、ケーブルを上下に移動します。この宇宙エレベーターの主な問題は、非常に長いケーブルにかかる圧力が非常に大きく、現状ではそれに耐えられるものが何もないことです。

過去数十年にわたり、この問題を解決するために大規模なデザインコンペや提案がいくつか行われてきましたが、今のところ成功した人はいません。最近解決策として提案されたのが、2014年にグーグルが立ち上げた「グーグルX」プロジェクトだったが、長さ1メートルを超える超強度のカーボンナノチューブケーブルを製造できる人は誰もおらず、宇宙エレベーター建設計画は延期された。

カーボンナノチューブは宇宙エレベーターの大きな期待であることがわかっている ワードブランドエレベーター しかし、この希望は打ち砕かれるかもしれません。 2006 年の研究モデルでは、長さ約 100,000 メートルのナノチューブ ケーブルに何らかの欠陥があり、ケーブル全体の強度が 70% 低下するに違いないと予測しました。

Propscu氏は調査報告書の中で別の解決策を提案した。宇宙エレベーターのケーブルには理論的にはカーボンナノチューブが最適ですが、現在の技術では長さ数センチを超えるカーボンナノチューブを製造できないため、カーボンナノメートルが使用されています。宇宙エレベーターを製造することは不可能です。しかし、彼は、カーボンナノチューブと他の材料を組み合わせたいくつかの複合材料の使用を提案しました。強度は純粋なカーボンナノチューブよりも弱いですが、自己修復メカニズムを使用して材料の強度を高め、超建築の安定性を確保しています。

この自己修復メカニズムは非常に重要であり、研究者らはケーブルの方向を 2 つに分割し、一連の「積み重ねられたセグメント」にするケーブル設計を提案しました。ケーブル フィラメントが故障すると、この状況が頻繁に発生します。その影響はそれ自身のスタック セクションに限定され、修理ロボットが交換のために到着するまで、荷重はただちに平行ケーブルに分配されます。

研究者らは、この「自律修復機構」があれば、宇宙エレベーターは高い応力レベルでも信頼性を確保できると同時に、より強度の低い材料で作ることができるため、実現可能性が近づくと指摘しています。

プロプスク氏は、これらすべての宇宙エレベーターのモデルの基礎は、徐々に減少する応力比、工学設計基準と生物学的原理の組み合わせであると指摘しました。同氏は、人間のアキレス腱と脊椎は、引張強度に非常に近い、エンジニアが鋼鉄を設計する応力よりも大きな応力に耐えることができることを強調しました。

その主な理由は、腱や脊椎には少なくともある程度の自己修復力があり、鋼材にはそれが欠けているためです。研究者らは、腱と脊椎の生物学的メカニズムを宇宙エレベーターの設計に追加することで、未来的な新素材を待つ必要がなくなると考えています。

プロプスク氏は、「宇宙エレベーターのような超大型建築構造物は、コンポーネントの故障の可能性を十分に考慮する必要があり、損傷したコンポーネントを交換するための自己修復機構も必要であると考えています。」と述べました。これにより、宇宙エレベーターには高い負荷がかかることになります。完全性を損なうことなく実行してください。これは、既存の材料を使用して上部構造を構築できることを意味します!"