ลิฟต์ไอน์สไตน์

ลิฟต์ไอน์สไตน์เป็นแพลตฟอร์มวิจัยสำหรับการทดลอง บนพื้นโลก ภายใต้สภาวะไร้แรงโน้มถ่วง แตก ต่างจาก หอปล่อยตัว อื่นๆ ตรงที่ มี เพียงยานทดลองเท่านั้นที่ถูกอพยพออกไป ส่วนหอคอยเองจะไม่ถูกอพยพ ทำให้สามารถทำซ้ำได้ในอัตราที่สูงขึ้นอย่างมาก[ 1 ]นอกจากนี้ ตัวนำเชิงกลยังช่วยให้การเคลื่อนที่แบบหมุนต่ำกว่าในสภาวะตกอิสระ การ "บิน" ครั้งแรกของแคปซูลในลิฟต์ไอน์สไตน์เกิดขึ้นในเดือนตุลาคม 2019 ในขณะที่การดำเนินงานวิจัยเริ่มขึ้นในปี 2020 [ 2 ]สิ่งอำนวยความสะดวกนี้เป็นส่วนหนึ่งของสถาบันเทคโนโลยีฮันโนเวอร์[ 3 ]ที่มหาวิทยาลัยไลบ์นิซ ฮันโนเวอร์
ทฤษฎี
พื้นฐานทางทฤษฎีของลิฟต์ไอน์สไตน์คือการทดลองทางความคิดของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เกี่ยวกับหลักการสมดุลดังนั้นจึงได้ชื่อว่าลิฟต์ไอน์สไตน์ หลักการนี้ระบุว่าผู้สังเกตการณ์ในห้องปิดไม่สามารถพิสูจน์ได้ด้วยการทดลองว่าห้องนั้นอยู่ในสนามโน้มถ่วงของโลกที่มีความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงหรือว่าห้องนั้นกำลังประสบกับความเร่งในอวกาศในทำนองเดียวกัน ผู้สังเกตการณ์ไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่าห้องนั้นอยู่ในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงในอวกาศหรืออยู่ในสภาวะตกอย่างอิสระในสนามโน้มถ่วงของโลก[ 4 ]
แนวคิดและการออกแบบ

ในหอทดลองแบบคลาสสิก เช่นหอทดลองเบรเมนการทดลองจะถูกปล่อยลงในท่อสุญญากาศ ขนาดใหญ่ ในแคปซูลปล่อย หรือถูกยิงด้วยเครื่องยิง Einstein-Elevator เป็นการดัดแปลงหอทดลองแบบคลาสสิก เนื่องจากท่อทั้งหมดของหอทดลองไม่ได้ทำหน้าที่เป็นห้องสุญญากาศ แต่จะสร้างสุญญากาศในห้องสุญญากาศขนาดเล็กที่เรียกว่ากอนโดลา ซึ่งจะวางอุปกรณ์ทดลองไว้ภายใน กอนโดลาจะถูกเร่งความเร็วในแนวดิ่งด้วยมอเตอร์เชิงเส้นด้วยความเร่งโน้มถ่วง การเคลื่อนที่นี้ส่วนใหญ่เทียบเท่ากับการตกอย่างอิสระ ดังนั้นการทดลองภายในกอนโดลาจึงไม่มีน้ำหนัก สามารถตกอย่างอิสระได้นานสี่วินาทีโดยไม่มีการเชื่อมต่อทางกลใดๆ กับกอนโดลา[ 1 ] [ 5 ]
ต่างจากหอคอยดิ่งลงทั่วไป มีเพียงกระเช้าเท่านั้นที่ต้องอพยพ ไม่ใช่ทั้งหอคอย ส่งผลให้อัตราการทำซ้ำสูงถึง 300 ครั้งต่อวัน[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ]
ออกแบบ
การออกแบบหอคอยของลิฟต์ไอน์สไตน์ประกอบด้วยโครงสร้างรองรับภายในสำหรับการนำทางของมอเตอร์เชิงเส้นและโครงสร้างรองรับภายนอกสำหรับการนำทางของกระเช้า เนื่องจากมอเตอร์ไฟฟ้าและรางลูกกลิ้ง เช่นที่ใช้ในระบบลิฟต์ มักก่อให้เกิดการสั่นสะเทือน การออกแบบหอคอยซ้อนหอคอยมีจุดประสงค์เพื่อให้แน่ใจว่าอิทธิพลที่ก่อกวนเหล่านี้จะไม่ส่งผลกระทบต่อการทดลองภายในกระเช้า[ 7 ]สภาวะการตกอย่างอิสระเป็นไปตามเงื่อนไขในลิฟต์ไอน์สไตน์ในระยะทาง 20 เมตร ส่งผลให้ระยะเวลาไร้น้ำหนักประมาณ 4 วินาที น้ำหนักบรรทุกที่ใช้ได้สำหรับการทดลองควรสูงสุด 1,000 กิโลกรัม โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวพาสำหรับการทดสอบ 1.7 เมตร และความสูง 2 เมตรสำหรับการตั้งค่าการทดลอง[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 8 ]
ขั้นตอน
สำหรับการทดลอง กระเช้าจะถูกเร่งความเร็วขึ้นไปด้านบนก่อนด้วยอัตราเร่งมากกว่าแรงโน้มถ่วงห้าเท่า จนกระทั่งถึงความเร็วประมาณ 20 เมตร/วินาที โดยใช้ มอเตอร์เชิงเส้นในการเร่งความเร็วนี้ หลังจากช่วงเร่งความเร็ว กระเช้าจะถูกเร่งความเร็วลงด้านล่างในช่วงเวลาสั้นๆ ด้วยอัตราเร่งที่มากกว่าแรงโน้มถ่วงเล็กน้อย เพื่อให้การทดลองแยกตัวออกจากพื้นกระเช้า จากนั้นกระเช้าจะถูกเร่งความเร็วลงด้านล่างด้วยอัตราเร่งที่เท่ากับแรงโน้มถ่วงอย่างแม่นยำที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยระบบขับเคลื่อนเชิงเส้นจะชดเชยแรงต้านอากาศและแรงต้านการกลิ้งของกระเช้าในรางนำกระเช้า การทดลองจะได้รับอัตราเร่งตกค้างสูงสุด 10 −6 g [ 9 ] [ 10 ] ก่อนสิ้นสุดการตกอย่างอิสระไม่นาน กระเช้าจะถูกเคลื่อนลงด้านล่างด้วยอัตราเร่งที่น้อยกว่าแรงโน้มถ่วงเล็กน้อย เพื่อให้การทดลองสัมผัสกับกระเช้าอีกครั้งอย่างมีการควบคุม จากนั้นกระเช้าจะหยุดนิ่งด้วยความช่วยเหลือของเบรกกระแสไหลวน[ 1 ] [ 5 ] [ 8 ]
อาคาร


ลิฟต์ไอน์สไตน์ตั้งอยู่ในส่วนแยกต่างหากของอาคาร HITec แห่งใหม่ซึ่งวางศิลาฤกษ์ เมื่อต้นปี 2558 [ 11 ]และจัดพิธีวางศิลาฤกษ์เมื่อกลางปี 2559 [ 12 ]การก่อสร้างอาคารวิจัยมีกำหนดแล้วเสร็จภายในสิ้นปี 2560 [ 13 ]ส่วนที่มีลักษณะคล้ายหอคอยของอาคารมีความสูงประมาณ 30 เมตรเหนือระดับพื้นดิน และมีความสูงรวมประมาณ 40 เมตร ชั้นใต้ดินที่ต่ำที่สุดอยู่ต่ำกว่าระดับพื้นดินประมาณ 10 เมตร โครงสร้างเปลือกคอนกรีตถูกแยกทางกลออกจากส่วนที่เหลือของอาคาร HITec ซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อป้องกันการรบกวนในห้องปฏิบัติการที่ละเอียดอ่อน[ 5 ] [ 8 ]
วิจัย
งานวิจัยของ HITec มุ่งเน้นไปที่ฟิสิกส์ควอนตัมทัศนศาสตร์ และเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ รวมถึงฟิสิกส์ของแข็งและธรณีวิทยานอกจากงานวิจัยพื้นฐานในสาขาเทคโนโลยีควอนตัมแล้ว โครงการวิจัยของ HITec ยังมีเป้าหมายเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมใหม่และสร้างเซ็นเซอร์ควอนตัมที่มีความแม่นยำสูงและไวต่อการเปลี่ยนแปลง[ 14 ]ลิฟต์ไอน์สไตน์จะถูกนำมาใช้เพื่อทดสอบเทคโนโลยีใหม่เหล่านี้ รวมถึงสิ่งอื่นๆ ด้วย เนื่องจากอัตราการทำซ้ำสูงถึง 300 การทดลองต่อวัน การทดลองจึงสามารถดำเนินการทางสถิติ/เชิงปริมาณได้ด้วยลิฟต์ไอน์สไตน์[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 8 ]
ได้มีการเพิ่มขอบเขตของเทคโนโลยีการผลิตเพื่อใช้ในอวกาศเป็นจุดสนใจในการวิจัยเพิ่มเติม โดยอาศัยประสบการณ์ของสถาบันวิศวกรรมเครื่องกล ที่เข้าร่วม จากมหาวิทยาลัยไลบ์นิซ ฮันโนเวอร์ปัจจุบันมีการศึกษาวิจัยในหัวข้อต่างๆ มากมาย โครงการส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงต่อกระบวนการผลิต โดยเน้นที่การเชื่อมด้วยเลเซอร์และการจัดการวัสดุ[ 15 ]หัวข้ออื่นๆ ได้แก่ การผลิตเลนส์ออปติคอลภายใต้สภาวะแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกัน[ 16 ] [ 17 ]และการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุโดยไม่ใช้พื้นผิวโดยใช้สนามอัลตราโซนิกในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง[ 18 ]
ลิงก์ภายนอก
52°23′17″N 9°42′45″E / 52.3880°N 9.7124°E / 52.3880; 9.7124