Ilustração de um artista de um enorme sistema de transporte por elevador espacial. Versões futuras da tecnologia poderão um dia se consertar.
(Imagem: © Japan Space Elevator Association)
Elevadores espaciais para transportar passageiros e cargas de e para a órbita poderiam ser construídos usando materiais existentes, se a tecnologia se inspirar na biologia para se consertar quando necessário, segundo um novo estudo.
Em teoria, um elevador espacial consiste em um cabo ou feixe de cabos que se estende milhares de quilômetros a um contrapeso no espaço. A rotação da Terra manteria o cabo esticado e os veículos alpinistas subiam e desciam o cabo na velocidade de um trem.
A subida de um elevador espacial provavelmente levaria dias. No entanto, uma vez que um elevador espacial é construído, uma viagem ao espaço com a tecnologia pode ser muito mais barata e segura do que em um foguete. A tecnologia de elevador espacial está agora sendo testada na vida real no experimento japonês STARS-Me (abreviação de Mini-elevador robótico autônomo por satélite com espaço conectado), que chegou à Estação Espacial Internacional em 27 de setembro a bordo da sonda robótica HTV-7 do Japão .
O conceito de elevador para o espaço, semelhante a um pé de feijão, remonta a um "experimento mental" de 1895 do pioneiro espacial russo Konstantin Tsiolkovsky. Desde então, essas "megaestruturas" costumam aparecer na ficção científica. O principal problema na criação de elevadores espaciais é a construção de um cabo forte o suficiente para suportar as forças extraordinárias que ele encontraria. ['Pilar para o céu': perguntas e respostas de um elevador espacial com o autor William Forstchen]
Uma escolha natural para a construção de um cabo de elevador espacial são os tubos de carbono com apenas nanômetros ou bilionésimos de metro. Pesquisas anteriores descobriram que esses nanotubos de carbono podem ser 100 vezes mais fortes que o aço com um sexto do peso.
No entanto, atualmente, os cientistas podem fabricar nanotubos de carbono com apenas cerca de 55 cm de comprimento. Uma alternativa é usar compósitos carregados com nanotubos de carbono, mas estes não são suficientemente fortes por si só.
Agora, os pesquisadores sugeriram que inspirar-se na biologia pode ajudar os engenheiros a construir elevadores espaciais usando materiais existentes. "Esperamos que isso inspire alguém a tentar construir o elevador espacial", disse o co-autor do estudo Sean Sun, engenheiro mecânico da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, ao Space.com.
Inspiração de bio-elevador
Os cientistas observaram que, quando os engenheiros projetam estruturas, geralmente exigem que os materiais funcionem com apenas metade de sua resistência máxima à tração, ou menos do que isso. Esse critério limita as chances de as estruturas falharem, porque lhes dá margem para lidar com variações na resistência do material ou em circunstâncias imprevistas. [Vamos parar de usar foguetes para alcançar o espaço?]
Por outro lado, em humanos, o tendão de Aquiles suporta rotineiramente tensões mecânicas muito próximas
resistência à tração. A biologia pode levar os materiais ao limite devido a mecanismos de reparo contínuos, disseram os pesquisadores.
"Com o auto-reparo, as estruturas de engenharia podem ser projetadas de maneira diferente e mais robusta", afirmou Sun.
Por exemplo, o motor que aciona os flagelos tipo chicote que muitas bactérias usam para propulsão "gira a cerca de 10.000 rpm [rotações por minuto], mas também repara ativamente e vira todos os seus componentes nas escalas de tempo de minutos". Sun disse. "É como se você estivesse dirigindo pela estrada a 160 km / h] enquanto retira seus motores e transmissões para substituí-los!"
Os pesquisadores desenvolveram uma estrutura matemática para analisar quanto tempo um elevador espacial poderia durar se partes de sua corda experimentassem uma ruptura aleatória, mas a megaestrutura tivesse um auto-reparo.
mecanismo. Os pesquisadores descobriram que um elevador espacial altamente confiável era possível usando os materiais existentes no momento, se passassem por taxas moderadas de reparo, como os de robôs.
Por exemplo, dada a fibra sintética comercial conhecida como M5, "é possível uma corrente de massa de 4 bilhões de toneladas", afirmou Sun. "Isso é cerca de 10.000 vezes a massa do prédio mais alto do mundo, Burj Khalifa. Mais realisticamente, algo como um composto de nanotubo de carbono fará o trabalho".
Sun e o autor principal do estudo, Dan Popescu, um estudante de doutorado na Universidade Johns Hopkins, detalharam suas descobertas na quarta-feira (17 de outubro) no Journal of the Royal Society Interface.
