Ilustrasi artis mengenai sistem pengangkutan lif ruang angkasa yang besar. Versi teknologi masa depan dapat memperbaiki diri mereka suatu hari nanti.
(Imej: © Japan Space Elevator Association)
Lif angkasa untuk mengangkut penumpang dan kargo ke dan dari orbit dapat dibina menggunakan bahan yang ada, jika teknologi itu mengambil inspirasi dari biologi untuk memperbaiki dirinya apabila diperlukan, sebuah kajian baru mendapati.
Secara teori, lif ruang terdiri daripada kabel atau bundle kabel yang memanjangkan ribuan batu ke tempat penimbang di ruang angkasa. Putaran Bumi akan membuat kabel tetap tegang, dan kenderaan pendaki akan naik dan turun kabel pada kelajuan kereta api.
Perjalanan menaiki ruang angkasa mungkin memakan masa beberapa hari. Namun, setelah lif ruang dibina, perjalanan ke ruang angkasa dengan teknologi mungkin jauh lebih murah dan lebih selamat daripada roket. Teknologi ruang angkasa kini diuji dalam kehidupan nyata dalam eksperimen STARS-Me Jepun (kependekan dari Space Tethered Autonomous Robotic Satellite-Mini Elevator), yang tiba di Stesen Angkasa Antarabangsa pada 27 September dengan kapal angkasa kargo HTV-7 robot Jepun .
Konsep lif seperti beanstalk ke angkasa bermula pada tahun 1895 "eksperimen pemikiran" dari perintis angkasa Rusia Konstantin Tsiolkovsky. Sejak itu, "megastruktur" seperti ini sering muncul dalam fiksyen sains. Masalah utama dalam membuat lif ruang ialah membina kabel yang cukup kuat untuk menahan kekuatan luar biasa yang akan dihadapi. ['Tiang ke Langit': Soal Selidik Ruang Angkasa dengan Pengarang William Forstchen]
Pilihan semula jadi untuk membina kabel lif ruang ialah paip karbon hanya nanometer atau seperseratus meter. Penyelidikan terdahulu mendapati bahawa nanotube karbon sedemikian dapat membuktikan 100 kali lebih kuat daripada keluli pada seperenam beratnya.
Walau bagaimanapun, pada masa ini, saintis dapat membuat nanotube karbon hanya sekitar 21 inci (55 sentimeter) paling lama. Salah satu alternatif adalah menggunakan komposit yang dimuatkan dengan nanotube karbon, tetapi ini tidak cukup kuat.
Sekarang, para penyelidik mencadangkan bahawa mengambil inspirasi dari biologi dapat membantu jurutera membina lif ruang menggunakan bahan yang ada. "Mudah-mudahan, ini akan memberi inspirasi kepada seseorang untuk berusaha membina ruang angkasa," kata pengarang kajian Sean Sun, jurutera mekanikal di Johns Hopkins University di Baltimore, kepada Space.com.
Inspirasi bio-lif
Para saintis menyatakan bahawa apabila jurutera merancang struktur, mereka sering memerlukan bahan untuk struktur ini beroperasi pada separuh kekuatan tegangan maksimumnya, atau kurang dari itu. Kriteria ini membatasi kemungkinan struktur gagal, kerana memberi mereka kelonggaran untuk menangani variasi kekuatan material atau keadaan yang tidak dijangka. [Adakah Kita Akan Berhenti Menggunakan Roket untuk Mencapai Angkasa?]
Sebaliknya, pada manusia, tendon Achilles secara rutin menahan tekanan mekanikal yang hampir dengan tekanannya
kekuatan tegangan utama. Biologi dapat mendorong bahan ke hadnya kerana mekanisme pembaikan berterusan, kata para penyelidik.
"Dengan pembaikan diri, struktur kejuruteraan dapat dirancang dengan berbeza dan lebih mantap," kata Sun.
Sebagai contoh, motor yang mendorong flagella seperti cambuk yang banyak bakteria gunakan untuk penggerak "berputar pada sekitar 10.000 rpm [putaran per minit], tetapi ia juga secara aktif memperbaiki dan membalikkan semua komponennya pada skala waktu beberapa minit," Kata Sun. "Ini seperti anda memandu di jalan dengan kecepatan 100 mph [160 km / j] sambil mengeluarkan enjin dan transmisi untuk menggantikannya!"
Para penyelidik mengembangkan kerangka matematik untuk menganalisis berapa lama lif ruang mungkin bertahan jika bahagian tethernya mengalami pecah secara rawak tetapi megastrukturnya mempunyai pembaikan diri
mekanisme. Para penyelidik mendapati bahawa lif ruang yang sangat dipercayai adalah mungkin dengan menggunakan bahan yang ada ketika ini jika mengalami tahap pembaikan yang sederhana, seperti dari robot.
Sebagai contoh, memandangkan serat sintetik komersial yang dikenali sebagai M5, "penambatan jisim 4 bilion tan adalah mungkin," kata Sun. "Ini kira-kira 10,000 kali jisim bangunan tertinggi di dunia, Burj Khalifa. Lebih realistik, sesuatu seperti komposit karbon-nanotube akan melakukan tugas itu."
Pengarang utama kajian Sun dan Dan Popescu, seorang pelajar kedoktoran di Universiti Johns Hopkins, memperincikan penemuan mereka pada hari Rabu (17 Oktober) dalam Journal of the Royal Society Interface.
