Японские учёные хотят отправить в космос деревянный спутник

Си-Эн-Эн
—

Алюминиевые ракеты и стальные небоскребы; Гладкие, высокоскоростные шаттлы и стеклянные фасады: именно таким представлялось «будущее» на протяжении десятилетий.

Но это не то, что представляет себе Кодзи Мурата. Мурата, исследователь из Киотского университета в Японии, изучает, как биологические материалы можно использовать в космосе.

Мурата задался вопросом, «может ли он построить деревянный дом на Луне или Марсе», и решил проверить теорию – создав Деревянный спутник.

Недавно Исследования Национального управления океанических и атмосферных исследований NOAA обнаружило, что 10% аэрозолей в стратосфере содержат металлические частицы с космических аппаратов, включая спутники. Долгосрочное воздействие этих металлических фрагментов неизвестно, но ученые обеспокоены тем, что они могут повредить хрупкий озоновый слой Земли.

Мурата говорит, что деревянные спутники были бы лучше для планеты, но при этом обеспечивали бы ту же функциональность, что и их металлические аналоги.

«В конце своего срока службы спутники снова входят в атмосферу. Разница в том, что древесина в LingoSat сгорит и в конечном итоге превратится в газ, а металлы вместо этого станут мелкими частицами», — говорит Мурата.

Это не просто несбыточная мечта: Мурата и его команда работали над проектом четыре года и в 2021 году отправили образцы дерева в космос, чтобы проверить устойчивость материала к космическим условиям.

Теперь они Работаем с Японским аэрокосмическим агентством (JAXA) и НАСА над отправкой прототипа спутника под названием LingoSat на орбиту в начале следующего года.

Магнолия, вишня и береза

Для Мураты, возглавляющего проект космического дерева в Киотском университете, древесина является очевидным выбором для космических конструкций.

«Когда вы используете древесину на Земле, у вас возникают проблемы с горением, гниением и короблением, но в космосе этих проблем нет: в космосе нет кислорода, поэтому она не горит, и нет живых организмов. в нем, чтобы он не гнил», — говорит он.

Мурата добавляет, что прочность древесины по отношению к ее весу такая же, как у алюминия, что также делает ее привлекательным выбором для космического строительства, а испытания команды, проведенные на Международной космической станции, показали, что древесина обладает замечательной гибкостью в космическом пространстве.

Для спутника Мурата опробовал три породы древесины: березу Эрманна, то есть березу. Обычно встречаются в Восточной Азии – вишня японская и магнолия обовата – виды, произрастающие в Японии. Хотя кипарис и кедр являются наиболее распространенными породами древесины в строительстве, команда «выбрала материалы, которые могут выдержать максимально возможный объем детальной работы» из-за небольшого размера спутников, говорит Мурата.

В конце концов, древесина магнолии победила, потому что ее клетки маленькие и однородные по размеру, что облегчает обработку древесины и снижает вероятность ее раскола или поломки. Он говорит.

Люди запускали спутники на орбиту с 1950-х годов, и до 2010 года ежегодно запускалось до 100 космических аппаратов. Но за последнее десятилетие коммерческие запуски стали более доступными, и их число возросло. Постоянно увеличивается, Превышено 1400 новых спутников. В 2021 году. Поскольку количество ракет, отправляемых в космос, вероятно, увеличится, исследования NOAA предсказывают, что в ближайшие десятилетия до половины аэрозолей в стратосфере могут содержать металлические частицы из космических кораблей.

Другие организации также стремятся использовать древесину в космосе.

Финский стартап Arctic Astronautics разработал WISA Woodsat, деревянный спутник, который должен был быть запущен в космос в 2021 году. Однако основатель компании Яри Мякинен говорит, что запуск был отложен из-за бюрократических препятствий.

«Спутник готов и ждет, чтобы собрать его части воедино, когда придет время», — сообщил Макинен CNN по электронной почте, добавив, что как только компания получит лицензию на космические операции, спутник будет запущен с использованием частной службы совместного использования ракет RocketLab.

В Университете Халифа в Объединенных Арабских Эмиратах. бортинженер Ерджан Абдель Самад Графен рассматривается как потенциальный материал для космических объектов.

Самад исследует «нанодерево» — древесину низкой плотности, смешанную с графеном для повышения ее прочности. Самад согласен с Муратой в том, что древесина, как возобновляемый материал с низкой плотностью, имеет потенциал не только для строительства спутников, но и для строительства будущих космических структур.

«Есть много текущих исследований (проектов) в области космического сельского хозяйства», — говорит Самад. «Если у нас есть древесина, выращенная в космосе, ее можно будет использовать для производства в космосе».

Однако о древесине в космических конструкциях все еще остается много неизвестного, говорит Тацухито Фудзита, инженер Японского агентства аэрокосмических исследований, принимавший участие в рассмотрении проекта Lingosat.

«Использование природных ресурсов для космического оборудования[имеет смысл]с точки зрения Целей устойчивого развития, но поскольку древесина никогда не использовалась в спутниках, мы не можем сказать, какую выгоду мы можем получить в данный момент», — говорит Фудзита.

Для Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) и программы J-Cube, инициативы по запуску спутников, приоритетом является безопасность, и LingoSat прошел первоначальную оценку без каких-либо критических опасений, говорит Фудзита. «JAXA также надеется получить конструкционные материалы, которые будут легче, прочнее и с меньшей вероятностью образовывать мусор, и проводит исследования в этом направлении».

LingoSat находится на завершающей стадии проверки безопасности Ожидается, что он будет запущен в рамках совместной миссии Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) и НАСА летом 2024 года.. Мурата говорит, что они будут следить за спутником в течение как минимум шести месяцев, чтобы увидеть, как он ведет себя в космических условиях, например, при экстремальных изменениях температуры в космосе.

Исследователи будут следить за спутником в течение как минимум шести месяцев, пока он вращается вокруг Земли, как показано в этой презентации. Фото: Киотский университет.

«Не было значительного падения прочности при температуре от -150 до 150 °C (от -238 до 302 °F), и мы подтвердили это в наших экспериментах», — говорит Мурата. «Но спутник вращается вокруг Земли и создает огромные перепады температур в течение 90 минут. Мы не знаем, насколько спутник сможет выдержать этот интенсивный и повторяющийся цикл перепадов температур, поэтому это необходимо изучить».

Команда также будет следить за его реакцией на радиоволны и магнитные поля, а также за тем, как деревянная облицовка защищает полупроводники и чип спутника.

Теоретически древесина должна быть более дешевым материалом в производстве, хотя Мурата говорит, что это новая технология, и они все еще подсчитывают затраты.

По словам Мураты, до сих пор небольшая часть материала использовалась в космических миссиях и объектах. Он надеется, что его исследования и исследования LingoSat смогут продемонстрировать возможности других материалов с низким уровнем воздействия.

«Это возобновляемый, экологически чистый и благоприятный для людей материал», — говорит Мурата. «Я считаю, что древесину можно использовать в освоении космоса, особенно в качестве внутреннего материала и материала радиационной защиты для небольших спутников и пилотируемых космических кораблей».