رسم توضيحي لفنان لنظام نقل مصاعد فضاء ضخم. يمكن للإصدارات المستقبلية للتكنولوجيا أن تصلح ذات يوم.
(الصورة: © Japan Space Elevator Association)
وجدت دراسة جديدة أن مصاعد الفضاء لنقل الركاب والبضائع من وإلى المدار يمكن بناؤها باستخدام المواد الموجودة ، إذا استلهمت التكنولوجيا من علم الأحياء لإصلاح نفسها عند الحاجة.
من الناحية النظرية ، يتكون مصعد الفضاء من كبل أو حزمة من الكابلات التي تمتد آلاف الأميال إلى ثقل موازن في الفضاء. إن دوران الأرض سيبقي الكبل مشدودًا ، وستتسلق سيارات المتسلق إلى أعلى وأسفل الكابل بسرعة القطار.
من المحتمل أن يستغرق ركوب مصعد الفضاء أيامًا. ومع ذلك ، بمجرد بناء مصعد الفضاء ، يمكن أن تكون رحلة إلى الفضاء على التكنولوجيا أرخص بكثير وأكثر أمانًا من الصاروخ. يتم الآن اختبار تقنية مصاعد الفضاء في الحياة الواقعية في تجربة STARS-Me اليابانية (اختصارًا لمصعد الفضاء المصغر المستقل ذاتي الأقمار الصناعية) ، الذي وصل إلى محطة الفضاء الدولية في 27 سبتمبر على متن مركبة الفضاء الآلية الروبوتية اليابانية HTV-7 .
يعود مفهوم المصعد الذي يشبه شجرة الفاصولياء إلى الفضاء إلى "تجربة فكرية" عام 1895 من رائد الفضاء الروسي كونستانتين تسيولكوفسكي. ومنذ ذلك الحين ، ظهرت مثل هذه "الهياكل الضخمة" غالبًا في الخيال العلمي. المشكلة الرئيسية في إنشاء مصاعد الفضاء هي بناء كابل قوي بما يكفي لتحمل القوى غير العادية التي قد تواجهها. ["عمود إلى السماء": سؤال وجواب حول مصعد الفضاء مع المؤلف William Forstchen]
الاختيار الطبيعي لبناء كبل المصعد الفضائي هو أنابيب الكربون فقط بعرض نانومتر أو مليار جزء من المتر. وقد وجد بحث سابق أن الأنابيب النانوية الكربونية يمكن أن تثبت أقوى 100 مرة من الفولاذ عند سدس الوزن.
ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، يمكن للعلماء صنع أنابيب نانوية كربونية يبلغ طولها حوالي 21 بوصة (55 سم) على الأكثر. أحد البدائل هو استخدام المركبات المحملة بأنابيب الكربون النانوية ، ولكنها ليست قوية بما يكفي من تلقاء نفسها.
الآن ، اقترح الباحثون أن استلهام الإلهام من علم الأحياء قد يساعد المهندسين في بناء مصاعد الفضاء باستخدام المواد الموجودة. وقال شون صن ، مهندس ميكانيكي في جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور ، لموقع Space.com: "نأمل أن يلهم ذلك شخصًا ما في محاولة لبناء مصعد الفضاء".
إلهام المصعد الحيوي
لاحظ العلماء أنه عندما يصمم المهندسون الهياكل ، غالبًا ما يحتاجون إلى المواد اللازمة لهذه الهياكل للعمل بنصف قوة الشد القصوى فقط ، أو أقل من ذلك. يحد هذا المعيار من فرص فشل الهياكل ، لأنه يمنحها مساحة للتعامل مع الاختلافات في القوة المادية أو الظروف غير المتوقعة. [هل سنتوقف عن استخدام الصواريخ للوصول إلى الفضاء؟]
في المقابل ، في البشر ، يتحمل الوتر أخيل بشكل روتيني الضغوط الميكانيكية قريبة جدا منه
مقاومة الشد. وقال الباحثون إن علم الأحياء يمكن أن يدفع المواد إلى حدودها بسبب آليات الإصلاح المستمرة.
قال سون "من خلال الإصلاح الذاتي ، يمكن تصميم الهياكل الهندسية بشكل مختلف وأكثر قوة".
على سبيل المثال ، المحرك الذي يقود السوط الذي يشبه السوط الذي تستخدمه العديد من البكتيريا في الدفع "يدور عند حوالي 10000 دورة في الدقيقة [دورة في الدقيقة] ، ولكنه أيضًا يعمل بنشاط على إصلاح جميع مكوناته وقلبها على المقاييس الزمنية للدقائق". قال الشمس. "هذا كما لو كنت تقود على الطريق بسرعة 100 ميل في الساعة [160 كم / ساعة] أثناء إخراج المحركات وناقل الحركة لاستبدالها!"
طور الباحثون إطارًا رياضيًا لتحليل المدة التي يمكن أن يستمر فيها مصعد الفضاء إذا تمزق أجزاء من حبله عشوائيًا ولكن البنية الضخمة تمتلك إصلاحًا ذاتيًا
آلية. وجد الباحثون أن مصعد الفضاء الموثوق به كان ممكنًا باستخدام المواد الموجودة حاليًا إذا خضع لمعدلات إصلاح معتدلة ، مثل الروبوتات.
وقال صن ، على سبيل المثال ، بالنظر إلى الألياف الاصطناعية التجارية المعروفة باسم M5 ، "يمكن ربط كتلة من الكتلة تبلغ 4 مليارات طن". "هذا حوالي 10000 ضعف كتلة أطول برج في العالم ، برج خليفة. بشكل أكثر واقعية ، شيء مثل مركب الكربون النانوي سيؤدي المهمة."
قام صن والمؤلف الرئيسي للدراسة ، دان بوبيسكو ، طالب الدكتوراه في جامعة جونز هوبكنز ، بتفصيل النتائج التي توصلوا إليها يوم الأربعاء (17 أكتوبر) في مجلة واجهة المجتمع الملكي.
