Łodzka lina wyniesie ludzi w kosmos
Łódź ma wielkie tradycje włókiennicze. Okazuje się, że to może być także jej przyszłość. Nowa struktura nici, nad którą pracują w Łodzi, może pomóc w podoboju kosmosu.
Prof. Katarzyna Grabowska z Politechniki Łódzkiej, światowy autorytet w dziedzinie przędzalnictwa,pracuje nad nowymi rozwiązaniami w konstrukcji nitek. Jej badania mogą okazać się przełomowe dla opracowania liny kosmicznej, która pozwoli transportować zapasy do stacji orbitalnych. Prof. Grabowska od lat zajmująca się badaniami struktury i właściwości mechanicznych przędzy, nitek i włókien, podeszła do problemu liny kosmicznej nie od strony materiału, a sposobu skręcania. Jej projekt badań otrzymał dofinansowanie na prawie 180 tys. złotych z programu badawczego Narodowego Centrum Nauki.
Lina regularnie poplątana
- Każda lina jest zrobiona z przędzy, czyli długiej, cienkiej nitki ze skręconych włókien. Badania dowodzą, że wbrew powszechnie przyjętej teorii, włókienka nie są skręcone idealnie śrubowo, w formie helisy, bo wtedy każda lina czy sznurek by się rozślizgał w momencie przyłożenia odpowiednio dużego napięcia – tłumaczy prof. Katarzyna Grabowska z Wydziału Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów Politechniki Łódzkiej. - Moje badania wykazały, że włókna migrują, przenikają się. Raz są na powierzchni, później schodzą do środka i wracają na powierzchnię w innym miejscu. Można powiedzieć, że są poplątane w sposób regularny, który dzięki siłom tarcia wewnętrznego daje włóknom określone parametry. Gdyby zbadać ten układ, można będzie go opisać za pomocą obliczeń matematycznych, a następnie zmieniając parametry wzoru, tworzyć rodzaj przędzy o najbardziej pożądanych przez człowieka parametrach – wyjaśnia badaczka.
Jak dotąd analiza skrętu nitki była dokonywana za pomocą badania jej powierzchni i porozcinanych kawałków pod mikroskopem. Prof. Grabowska chce zbadać wnętrze różnych rodzajów włókien przy użyciu tomografu komputerowego ze specjalną głowicą, po to, by sprawdzić jak reagują włókna w różnych częściach nitek w trakcie użytkowania liny, naprężania, zwijania i skręcania. Na pierwszy ogień pójdą różne rodzaje włókien naturalnych. Wyniki jej badań mogą okazać się przełomowe w opracowaniu niezwykle wytrzymałej liny o jak najmniejszej objętości, czyli brakującego elementu windy kosmicznej.
Polska lina rozwiąże przyszłość
Urządzenie, które pozwoli dostarczać do baz okołoziemskich tlen i zapasy zastępując w pracy kosztowne wahadłowce, czy dostawać się z satelity na powierzchnię innych ciał niebieskich to nie pomysł rodem z powieści science fiction. Nad jego zbudowaniem od ponad 10 lat pracuje amerykańska NASA oraz wydziały mechaniczne uczelni na całym świecie. Kluczową częścią windy kosmicznej jest właśnie lina, która nie może zerwać się nawet pod własnym ciężarem na długości co najmniej 36 tysięcy kilometrów. Problem w tym, że żadne współczesne materiały nie spełniają tego wymagania, nie mówiąc już o obciążaniu jakimkolwiek ciężarem.
Naukowcy szacują, że zbudowania pierwszej działającej windy można spodziewać się dopiero przed rokiem 2030. Dotychczas prace nad liną kosmiczną prowadzili materiałoznawcy i fizycy, koncentrując się na materiale tworzącym linę, nanorurkach węglowych, ultra cienkich i lekkich włókien o niezwykłych właściwościach, w tym wytrzymałości i sprężystości. Problem w tym, że nanorurki węglowe są niezwykle drogie, jeden gram kosztuje ok. 150 dolarów. Na same tylko badania nad tym tworzywem mogą sobie pozwolić tylko najbardziej zasobne jednostki naukowe, co więcej nawet z nanorurek nie da się wyprodukować nieskończenie długiego litego materiału. Być może okaże się, że kluczową kwestą okaże się właśnie sposób splatania włókien.
- Oczywiście oprócz zastosowań kosmicznych super wytrzymała lina przyda się na ziemi, zapewniając bezpieczeństwo w sytuacjach, gdzie lina jest używana jako narzędzie pracy człowieka – podsumowuje prof. Grabowska.
Prof. Katarzyna Grabowska z Politechniki Łódzkiej, światowy autorytet w dziedzinie przędzalnictwa,pracuje nad nowymi rozwiązaniami w konstrukcji nitek. Jej badania mogą okazać się przełomowe dla opracowania liny kosmicznej, która pozwoli transportować zapasy do stacji orbitalnych. Prof. Grabowska od lat zajmująca się badaniami struktury i właściwości mechanicznych przędzy, nitek i włókien, podeszła do problemu liny kosmicznej nie od strony materiału, a sposobu skręcania. Jej projekt badań otrzymał dofinansowanie na prawie 180 tys. złotych z programu badawczego Narodowego Centrum Nauki.
Lina regularnie poplątana
- Każda lina jest zrobiona z przędzy, czyli długiej, cienkiej nitki ze skręconych włókien. Badania dowodzą, że wbrew powszechnie przyjętej teorii, włókienka nie są skręcone idealnie śrubowo, w formie helisy, bo wtedy każda lina czy sznurek by się rozślizgał w momencie przyłożenia odpowiednio dużego napięcia – tłumaczy prof. Katarzyna Grabowska z Wydziału Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów Politechniki Łódzkiej. - Moje badania wykazały, że włókna migrują, przenikają się. Raz są na powierzchni, później schodzą do środka i wracają na powierzchnię w innym miejscu. Można powiedzieć, że są poplątane w sposób regularny, który dzięki siłom tarcia wewnętrznego daje włóknom określone parametry. Gdyby zbadać ten układ, można będzie go opisać za pomocą obliczeń matematycznych, a następnie zmieniając parametry wzoru, tworzyć rodzaj przędzy o najbardziej pożądanych przez człowieka parametrach – wyjaśnia badaczka.
Jak dotąd analiza skrętu nitki była dokonywana za pomocą badania jej powierzchni i porozcinanych kawałków pod mikroskopem. Prof. Grabowska chce zbadać wnętrze różnych rodzajów włókien przy użyciu tomografu komputerowego ze specjalną głowicą, po to, by sprawdzić jak reagują włókna w różnych częściach nitek w trakcie użytkowania liny, naprężania, zwijania i skręcania.
Na pierwszy ogień pójdą różne rodzaje włókien naturalnych. Wyniki jej badań mogą okazać się przełomowe w opracowaniu niezwykle wytrzymałej liny o jak najmniejszej objętości, czyli brakującego elementu windy kosmicznej.
Polska lina rozwiąże przyszłość
Urządzenie, które pozwoli dostarczać do baz okołoziemskich tlen i zapasy zastępując w pracy kosztowne wahadłowce, czy dostawać się z satelity na powierzchnię innych ciał niebieskich to nie pomysł rodem z powieści science fiction. Nad jego zbudowaniem od ponad 10 lat pracuje amerykańska NASA oraz wydziały mechaniczne uczelni na całym świecie. Kluczową częścią windy kosmicznej jest właśnie lina, która nie może zerwać się nawet pod własnym ciężarem na długości co najmniej 36 tysięcy kilometrów. Problem w tym, że żadne współczesne materiały nie spełniają tego wymagania, nie mówiąc już o obciążaniu jakimkolwiek ciężarem.
Naukowcy szacują, że zbudowania pierwszej działającej windy można spodziewać się dopiero przed rokiem 2030. Dotychczas prace nad liną kosmiczną prowadzili materiałoznawcy i fizycy, koncentrując się na materiale tworzącym linę, nanorurkach węglowych, ultra cienkich i lekkich włókien o niezwykłych właściwościach, w tym wytrzymałości i sprężystości. Problem w tym, że nanorurki węglowe są niezwykle drogie, jeden gram kosztuje ok. 150 dolarów. Na same tylko badania nad tym tworzywem mogą sobie pozwolić tylko najbardziej zasobne jednostki naukowe, co więcej nawet z nanorurek nie da się wyprodukować nieskończenie długiego litego materiału. Być może okaże się, że kluczową kwestą okaże się właśnie sposób splatania włókien.
- Oczywiście oprócz zastosowań kosmicznych super wytrzymała lina przyda się na ziemi, zapewniając bezpieczeństwo w sytuacjach, gdzie lina jest używana jako narzędzie pracy człowieka – podsumowuje prof. Grabowska.
(ew/pap)
