Ascensor Einstein

La plataforma de prueba terrestre promete investigación en gravedad cero.

Your author (USB) recently spoke with Professor Dr.-Ing. Ludger Overmeyer (LO) and Dipl.-Ing. Christoph Lotz (CL), Leibniz University of Hanover in Germany, Institute of Transport and Automation Technology, about the large-scale research unit "Einstein Elevator" at the Hanover Institute of Technology (HITec).

USB: Nuestros lectores están ansiosos por saber quiénes son las personas detrás de una instalación tan espectacular.

MIRA: Soy ingeniero mecánico, 20 años activo en la Universidad de Hannover. También soy presidente de la junta científica del Laser Center Hanover.

CL: Me uní al Instituto como asistente de investigación en 2011 y estoy trabajando en mi doctorado. Como gerente de proyecto, supervisé el Elevador Einstein desde el primer borrador de la idea, pasando por la instalación hasta los primeros experimentos.

USB: ¿Cuáles son los temas clave en el instituto?

MIRA: Aquí nos dedicamos a la tecnología de transporte clásica: a menudo cintas transportadoras, pero también tecnología de producción. En el Clúster de Excelencia en Tecnologías Ópticas nos preocupamos fundamentalmente por los sistemas ópticos, como la automatización mediante la luz. Para las empresas de ascensores, nuestro ascensor Einstein es sin duda una instalación interesante. Por ejemplo, estamos estudiando tecnología de sensores, sistemas que registran y procesan datos mientras el ascensor se mueve en tiempo real para controlar y regular los accionamientos en condiciones extremas: más rápido y con mayor aceleración que en el transporte de pasajeros. En comparación con los vuelos parabólicos o la Estación Espacial Internacional, podemos replicar experimentos en gravedad cero con relevancia estadística a un precio relativamente bajo.

USB: ¿Qué hay exactamente detrás del nombre “Einstein Elevator”?

MIRA: The idea was new more than 10 years ago and still is. It emerged from a discussion with colleagues from the field of physics that began with a question: "Is it possible to build a machine on Earth that generates zero gravity with a high repetition rate?” The free drop tower concept developed in response to this question, which differs greatly from classic drop towers such as the drop tower in Bremen, Germany, was implemented in cooperation with companies from the region.

The Einstein Elevator — the world's first and, so far, only device of its kind — has been in operation since October 2019 in a building erected in 2018 especially for this purpose. We are currently processing lunar rock (regolith) with the laser; the initial results are very promising. We are preparing further projects in parallel with cooperating research institutes. At present, we do not have any industrial partners.

USB: ¿De dónde surgió la idea de desarrollar el nuevo concepto de accionamiento y guía basado en guías de ascensor?

MIRA: It was obvious. We use a linear motor to overcome the capsule's aerodynamic drag. To keep the rolling drag low, we use roller guides we designed. This is not a new technique, but it is a new application. The design is similar to that of an elevator: Rollers pressed on from two sides guide the car — what we call the “gondola” — on a metal rail. But, the materials used are different from those used for an elevator. In elevators, soft rollers are used to achieve quiet running. Since we accelerate with five times the force of gravity, we need rigid rollers that can be pressed firmly to avoid excessive wear due to slippage, while, at the same time, reducing the risk of the rollers flattening when the elevator is at a standstill. We use a material from the machine-tool industry for these rollers.

USB: ¿Y los rieles?

CL: The rails are not quite "off the rack," either. Their special application, made to measure, is from the mechanical engineering industry. They were assembled by a medium-sized mechanical engineering company with subcontractors for sub-crafts with a 1/10-mm precise alignment over the entire 40-m height of the system. We also built the measuring system for it ourselves, because none of the systems on the market met the necessary specifications.

USB: ¿Consultó con los fabricantes de ascensores?

MIRA: Yes, we've made enquiries with some companies. The counter question came back, "How many units do you plan to build?" The answer, "One," always led to refusal. That disillusioned us considerably. Initially, our colleagues from the university also doubted it could be done at all. We found the mechanical engineering company only by personal contacts. And, obviously, they did a good job, because everything is still running in its original state with unchanged alignment. Although the building is air-conditioned, this surprised us positively. We were concerned the first defects might occur after 100 "flights."

USB: ¿Qué tiene en común el Elevador Einstein con los ascensores?

MIRA: Ya mencioné la unidad; el motor se instala a menudo en la misma configuración en las atracciones de los parques de atracciones. La parte más desafiante fue nuestro auto. En un principio habíamos pedido que la góndola fuera de aluminio por cuestiones de peso, pero solo recibimos rechazos, incluso de la industria espacial. Finalmente, terminamos con CFK ligero y estable de los Países Bajos.

USB: ¿Qué papel juega la digitalización?

CL: La tecnología de accionamiento debe controlarse con extrema precisión en el rango submilimétrico. Tomamos medidas en el vehículo en una combinación de acelerómetro y medición de posición y transmitimos los datos a la unidad. El desarrollo conjunto con el fabricante del accionamiento llevó mucho tiempo. En la evaluación de prueba posterior, tenemos que averiguar si las perturbaciones ocurren siempre en el mismo lugar o si son causadas por un mayor desgaste. Estas lecturas se monitorean y almacenan en la sala de control, y el sistema también se opera desde allí.

USB: ¿Y la automatización?

MIRA: Esto entra en vigor para tener la menor cantidad posible de procesos manuales en los procedimientos de prueba. Después de cada vuelo, el experimento dentro de la góndola se vuelve a centrar y el vacío se regenera automáticamente según sea necesario. El sistema de almacenamiento de energía, por otro lado, funciona de forma totalmente automática. De esta forma, logramos un flujo de trabajo más rápido y podemos ejecutar un nuevo experimento cada 4 minutos hasta 300 veces al día.

USB: ¿Cuál es tu mayor sueño?

MIRA: I'm looking to find an answer to the question, "Can you write material into nothing?" We already know today that this is generally feasible. But there are still "small" questions left, like, "How does the production work in practice?" or, "How do I bring the material into the desired form?" We will not develop the space elevator here in Hanover, but we can achieve zero gravity with the help of supercapacitors and linear motors for 4 s of zero gravity. We are also happy to clarify quite "earthly" questions from the elevator industry to advance them technically. All who have the time, desire or need are welcome to Contactar con nosotros.