거대한 우주 엘리베이터 운송 시스템의 예술가의 그림. 미래 버전의 기술은 언젠가 스스로 고칠 수 있습니다.
(이미지 : © 일본 우주 엘리베이터 협회)
기술이 생물학에서 영감을 받아 필요할 때 자체적으로 고치기 위해 기존의 재료를 사용하여 승객과 페리를 타는 우주선과 우주 왕복선을 만들 수있는 새로운 연구 결과가 나왔다.
이론적으로, 우주 엘리베이터는 수천 마일을 공간에서 균형추로 확장하는 케이블 또는 케이블 묶음으로 구성됩니다. 지구의 회전은 케이블을 팽팽하게 유지하고 산악인 차량은 기차의 속도로 케이블을 올리고 내립니다.
우주 엘리베이터를 타려면 며칠이 걸릴 것입니다. 그러나 일단 우주 엘리베이터가 만들어지면, 기술에 대한 우주 여행은 로켓보다 훨씬 저렴하고 안전 할 수 있습니다. 9 월 27 일 일본의 로봇 식 HTV-7 화물선을 타고 국제 우주 정거장에 도착한 일본 STARS-Me 실험 (Space Tethered Autonomous Robotic Satellite-Mini Elevator의 줄임말)에서 우주 엘리베이터 기술이 실생활에서 테스트되고 있습니다. .
콩나무 같은 엘리베이터의 우주 개념은 러시아 우주 개척자 Konstantin Tsiolkovsky의 1895 년 "생각 된 실험"으로 거슬러 올라갑니다. 그 이후로, 그러한 "거대 구조물"은 종종 공상 과학 소설에 나타났습니다. 우주 용 엘리베이터를 만들 때의 주요 문제는 발생할 수있는 특별한 힘을 견딜 수있을만큼 강한 케이블을 만드는 것입니다. [ 'Pillar to the Sky': 저자 William Forstchen의 우주 엘리베이터 Q & A]
우주 용 엘리베이터 케이블을 구성하기위한 자연스러운 선택은 나노 미터 또는 수십억 미터 너비의 탄소 파이프입니다. 이전의 연구에 따르면, 이러한 탄소 나노 튜브는 무게의 1/6에서 강철보다 100 배 더 강하다는 것이 밝혀졌습니다.
그러나 현재 과학자들은 탄소 나노 튜브를 최대 약 21 인치 (55 센티미터) 만 만들 수 있습니다. 한 가지 대안은 탄소 나노 튜브가 장착 된 복합재를 사용하는 것이지만 이것 자체로는 충분하지 않습니다.
연구원들은 생물학에서 영감을 얻어 엔지니어가 기존 재료를 사용하여 우주 엘리베이터를 만드는 데 도움이 될 수 있다고 제안했습니다. 볼티모어에있는 존스 홉킨스 대학교 (Johns Hopkins University)의 기계 엔지니어 인 션 선 (Sean Sun)은 우주인에게 우주 엘리베이터를 만들려고 노력하고있다.
바이오 엘리베이터 영감
과학자들은 엔지니어가 구조물을 설계 할 때 종종 이러한 구조물의 재료가 최대 인장 강도의 절반 이하로 작동해야한다고 지적했습니다. 이 기준은 구조물의 강도 또는 예상치 못한 상황의 변화를 처리 할 수있는 구조를 제공하기 때문에 구조물이 파손될 가능성을 제한합니다. [우리는 우주에 도달하기 위해 로켓 사용을 중단 할 것인가?]
대조적으로, 인간에서, 아킬레스 건은 일상적으로 그것과 매우 가까운 기계적 스트레스를 견뎌냅니다
최고의 인장 강도. 생물 학자들은 지속적인 수리 메커니즘으로 인해 물질을 한계까지 밀어 넣을 수 있다고 연구원들은 말했다.
썬은“자기 수리를 통해 엔지니어링 구조를보다 강력하고 다르게 설계 할 수있다”고 말했다.
예를 들어, 많은 박테리아가 추진에 사용하는 채찍 모양의 편모를 구동하는 모터는 "약 10,000 rpm [분당 회전 수]으로 회전하지만 분 단위의 시간 단위로 모든 구성 요소를 적극적으로 수리하고 뒤집습니다." 썬이 말했다. "이것은 엔진을 꺼내고 교체하기 위해 160km / h의 속도로 100mph [h]를 주행하는 것과 같습니다!"
연구원들은 밧줄의 일부가 무작위로 파열을 경험했지만 거대 구조물이 자체 수리를 받았을 경우 우주 엘리베이터가 얼마나 오래 지속될 수 있는지 분석하기 위해 수학적 프레임 워크를 개발했습니다.
기구. 연구자들은 로봇과 같이 수리 속도가 적당하다면 현재 존재하는 재료를 사용하여 매우 안정적인 우주 엘리베이터가 가능하다는 것을 발견했습니다.
예를 들어 M5로 알려진 상업용 합성 섬유를 고려할 때 "40 억 톤의 밧줄이 가능하다"고 Sun은 말했다. "이것은 세계에서 가장 높은 건물 인 Burj Khalifa의 질량의 약 10,000 배입니다.보다 현실적으로 탄소 나노 튜브 합성물이 그 일을 할 것입니다."
존스 홉킨스 대학교 (Johns Hopkins University)의 박사 과정 학생 인 댄 포 페스 쿠 (Dan Popescu) 박사는 지난 수요일 (10 월 17 일) 왕립 학회 인터페이스 저널에 그 연구 결과를 자세히 설명했다.
