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Comment pouvons-nous utiliser les propriétés des matériaux pour réaliser le rêve d’un futur ascenseur spatial ?
Avec les progrès de la science et de la technologie, le concept d'ascenseur spatial est progressivement devenu public. Cette idée vise non seulement la commodité du mouvement dans un environnement sans gravité, mais pose également un défi à la science des matériaux. Selon de nouvelles recherches, la construction d’une telle structure nécessiterait des matériaux extrêmement résistants et spécialisés, ce qui changerait la façon dont les humains accèdent à l’espace.
La construction réussie d'un ascenseur spatial reposera sur des matériaux fibreux hautes performances dotés d'une résistance à la traction supérieure et d'une faible densité.
Tout d'abord, nous devons comprendre ce qu'est une « force dédiée ». La résistance spécifique est la résistance d'un matériau à la rupture (force par unité de surface) divisée par sa densité, qui est le rapport résistance/poids. Pour un projet massif comme un ascenseur spatial, l’utilisation de matériaux légers mais solides est cruciale. Actuellement, la fibre de carbone, la fibre de verre et divers polymères sont considérés comme les matériaux ayant la résistance spécifique la plus élevée et sont largement utilisés dans le domaine aérospatial et dans d'autres scénarios où des économies de poids sont nécessaires.
Selon l'Association internationale des ascenseurs spatiaux, la résistance des câbles nécessaires à la construction d'un ascenseur spatial devrait atteindre 30 à 80 MegaYuri, ce qui signifie que les matériaux requis ont une résistance spécifique élevée.
Les propriétés structurelles du matériau lui-même constituent un facteur clé pour y parvenir. En prenant les nanotubes de carbone comme exemple, ils sont considérés comme le matériau fibreux ayant la résistance à la traction la plus élevée parmi les matériaux actuellement connus. La résistance à la traction des nanotubes de carbone produits en laboratoire peut atteindre 63 GPa, bien qu'elle soit loin de ce qu'elle peut théoriquement atteindre. . Il y a encore un écart de 300 GPa. De plus, la densité de ce matériau varie également, la méthode de production la plus légère atteignant 0,037 g/cm³, tandis que la plus lourde a une densité de 0,55 g/cm³.
Mais la construction d'un ascenseur spatial ne dépend pas seulement de la résistance des matériaux. La rigidité du matériau est également un facteur important. Plus la rigidité est élevée, moins le câble risque de se déformer, ce qui contribuera à améliorer la stabilité et la sécurité de l'ascenseur spatial. Par conséquent, lors de la conception de l’ensemble du système, la synergie entre la résistance et la rigidité des matériaux doit être prise en compte pour garantir la sécurité et l’efficacité de la solution finale.
Les limites supérieures de résistance dédiée sont soumises à des limites fondamentales par nature, ce qui signifie que nos futures conceptions devront trouver des solutions matérielles innovantes dans ces limites.
En outre, des facteurs environnementaux doivent être pris en compte, tels que l'interaction entre l'espace et l'atmosphère terrestre. Ces facteurs environnementaux peuvent affecter les performances et la durabilité des matériaux. Lors de la conception de matériaux pour ascenseurs spatiaux, les performances des différents matériaux sous rayonnement élevé, vide poussé et températures extrêmes doivent être prises en compte pour garantir leur stabilité à long terme.
À long terme, en plus d'améliorer les matériaux existants, nous pouvons également nous attendre à ce que de nouveaux matériaux soient inventés à l'avenir. Ces matériaux peuvent briser les limitations actuelles en matière de résistance et jouer un rôle dans la réalisation du rêve d'un ascenseur spatial. .un rôle plus critique.
Grâce à de nouvelles recherches et développements, de nouveaux matériaux plus efficaces et plus économiques pourraient émerger à l'avenir pour faciliter la réalisation d'ascenseurs spatiaux.
Une recherche continue et une innovation technologique sont nécessaires dans ce domaine exigeant. Avec les progrès continus de la science des matériaux et de la nanotechnologie, le rêve de réaliser un ascenseur spatial pourrait bien devenir réalité dans le futur. Alors, pensez-vous que les humains pourront un jour surmonter les obstacles techniques et réussir à construire un ascenseur spatial ?
