L'illustrazione di un artista di un enorme sistema di trasporto con ascensore spaziale. Le versioni future della tecnologia potrebbero un giorno risolversi da sole.
(Immagine: © Japan Space Elevator Association)
Un elevatore spaziale per trasportare passeggeri e merci da e verso l'orbita potrebbe essere costruito utilizzando materiali esistenti, se la tecnologia si ispira alla biologia per ripararsi quando necessario, un nuovo studio rileva.
In teoria, un elevatore spaziale è costituito da un cavo o un fascio di cavi che si estendono per migliaia di miglia fino a un contrappeso nello spazio. La rotazione della Terra manterrebbe il cavo teso, e i veicoli dell'arrampicatore sfrecciano su e giù per il cavo alla velocità di un treno.
Il viaggio su un ascensore spaziale richiederebbe probabilmente giorni. Tuttavia, una volta costruito un ascensore spaziale, un viaggio nello spazio sulla tecnologia potrebbe essere molto più economico e sicuro rispetto a un razzo. La tecnologia dell'ascensore spaziale viene ora testata nella vita reale nell'esperimento giapponese STARS-Me (abbreviazione di Space Tethered Robotic Satellite-Mini Elevator), arrivato alla Stazione Spaziale Internazionale il 27 settembre a bordo del veicolo spaziale robotizzato HTV-7 giapponese .
Il concetto di ascensore simile a una pianta di fagioli nello spazio risale a un "esperimento mentale" del 1895 del pioniere spaziale russo Konstantin Tsiolkovsky. Da allora, tali "megastrutture" si sono spesso manifestate nella fantascienza. Il problema chiave nella creazione di elevatori di spazio è la costruzione di un cavo abbastanza forte da resistere alle forze straordinarie che incontrerebbe. ['Pillar to the Sky': A Space Elevator Q&A with Author William Forstchen]
Una scelta naturale per la costruzione di un cavo per ascensore spaziale sono i tubi in carbonio larghi solo nanometri o miliardesimi di metro. Ricerche precedenti hanno scoperto che tali nanotubi di carbonio possono dimostrarsi 100 volte più forti dell'acciaio con un sesto del peso.
Tuttavia, attualmente, gli scienziati possono fabbricare nanotubi di carbonio lunghi al massimo solo circa 55 cm (21 pollici). Un'alternativa è quella di utilizzare composti caricati con nanotubi di carbonio, ma questi non sono abbastanza forti da soli.
Ora, i ricercatori hanno suggerito che trarre ispirazione dalla biologia può aiutare gli ingegneri a costruire elevatori spaziali utilizzando materiali esistenti. "Speriamo che questo ispirerà qualcuno a provare a costruire l'ascensore spaziale", ha detto a Space.com il coautore dello studio Sean Sun, ingegnere meccanico presso la Johns Hopkins University di Baltimora.
Ispirazione al bio-ascensore
Gli scienziati hanno notato che quando gli ingegneri progettano strutture, spesso richiedono che i materiali per queste strutture funzionino solo a metà della loro massima resistenza alla trazione, o inferiore a quella. Questo criterio limita le possibilità di guasto delle strutture, perché offre loro un margine di manovra per gestire le variazioni di resistenza materiale o circostanze impreviste. [Smetteremo mai di usare i missili per raggiungere lo spazio?]
Al contrario, nell'uomo, il tendine di Achille resiste abitualmente a sollecitazioni meccaniche molto vicine al suo
carico di rottura. I ricercatori hanno affermato che la biologia può spingere i materiali al limite a causa dei meccanismi di riparazione continua.
"Con l'autoriparazione, le strutture ingegneristiche possono essere progettate in modo diverso e più robusto", ha affermato Sun.
Ad esempio, il motore che guida il flagello a forma di frusta che molti batteri usano per la propulsione "gira a circa 10.000 giri / min [giri al minuto], ma ripara attivamente e capovolge tutti i suoi componenti sulla scala dei minuti". Disse Sun. "È come se percorressi la strada a 160 km / h a 100 miglia all'ora mentre togliete i motori e la trasmissione per sostituirli!"
I ricercatori hanno sviluppato un quadro matematico per analizzare quanto potrebbe durare un ascensore spaziale se parti del suo cavo avessero una rottura casuale ma la megastruttura possedesse un'auto-riparazione
meccanismo. I ricercatori hanno scoperto che era possibile utilizzare un elevatore spaziale altamente affidabile utilizzando materiali attualmente esistenti se fosse stato sottoposto a moderati tassi di riparazione, ad esempio da robot.
Ad esempio, data la fibra sintetica commerciale nota come M5, "è possibile un legame di massa di 4 miliardi di tonnellate", ha detto Sun. "Questo è circa 10.000 volte la massa dell'edificio più alto [del mondo], Burj Khalifa. Più realisticamente, qualcosa come un composito di nanotubi di carbonio farà il lavoro."
L'autore principale della Sun e dello studio, Dan Popescu, uno studente di dottorato presso la Johns Hopkins University, ha dettagliato le loro scoperte mercoledì (17 ottobre) nel Journal of Royal Society Interface.
