يريد العلماء اليابانيون إرسال قمر صناعي خشبي إلى الفضاء

سي إن إن
—

صواريخ الألمنيوم وناطحات السحاب الفولاذية؛ حافلات مكوكية عالية السرعة وواجهات زجاجية: هكذا تم تصور “المستقبل” منذ عقود.

لكن هذا ليس ما يتخيله كوجي موراتا. يدرس موراتا، وهو باحث في جامعة كيوتو باليابان، كيفية استخدام المواد البيولوجية في الفضاء.

تساءل موراتا عما إذا كان “يمكنه بناء منزل خشبي على القمر أو المريخ” وقرر اختبار نظريته من خلال إنشاء منزل خشبي. قمر صناعي خشبي.

مؤخرًا بحوث الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي وجدت (NOAA) أن 10% من الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير يحتوي على جزيئات معدنية من المركبات الفضائية، بما في ذلك الأقمار الصناعية. إن التأثير طويل المدى لهذه الشظايا المعدنية غير معروف، لكن العلماء يخشون من أنها قد تلحق الضرر بطبقة الأوزون الهشة للأرض.

يقول موراتا إن الأقمار الصناعية الخشبية ستكون أفضل لكوكب الأرض، بينما تقدم نفس الوظائف التي توفرها نظيراتها المعدنية.

“في نهاية حياتها، تعود الأقمار الصناعية إلى الغلاف الجوي. “الفرق هو أن الخشب الموجود في LingoSat سوف يحترق ويتحول في النهاية إلى غاز، بينما تتحول المعادن إلى جزيئات دقيقة”، يوضح موراتا.

إنه ليس مجرد حلم بعيد المنال: لقد عمل موراتا وفريقه على المشروع لمدة أربع سنوات وأرسلوا عينات من الخشب إلى الفضاء في عام 2021 لاختبار مرونة المادة في مواجهة ظروف الفضاء.

الآن هم العمل مع وكالة الفضاء اليابانية (JAXA) ووكالة ناسا لإرسال النموذج الأولي للقمر الصناعي، المسمى LingoSat، إلى مداره في أوائل العام المقبل.

ماجنوليا، الكرز و البتولا

بالنسبة لموراتا، رئيس مشروع الخشب الفضائي في جامعة كيوتو، يعتبر الخشب خيارًا واضحًا للهياكل الفضائية.

“عندما تستخدم الخشب على الأرض، تواجه مشاكل الاحتراق والتعفن والتشوه، لكن في الفضاء لا تواجه هذه المشاكل: لا يوجد أكسجين في الفضاء، وبالتالي فهو لا يحترق، ولا يوجد كائن حي. يقول: “إنهم يعيشون فيها، لذلك لا يتعفنون”.

ويضيف موراتا أن قوة الخشب بالنسبة للوزن هي نفس قوة الألومنيوم، مما يجعله أيضًا خيارًا مقنعًا لبناء الفضاء، وقد وجدت اختبارات الفريق في محطة الفضاء الدولية أن الخشب يتمتع بمرونة ملحوظة في الفضاء.

بالنسبة للقمر الصناعي، اختبر موراتا ثلاثة أنواع من الخشب: خشب البتولا إيرمان، وهو توجد بشكل شائع في شرق آسيا – الكرز الياباني والماغنوليا أوبوفاتا – وهو نوع موطنه اليابان. في حين أن أشجار السرو والأرز هي أكثر أنواع الأخشاب شيوعًا في البناء، إلا أن الفريق “اختار المواد التي يمكنها تحمل أكبر قدر ممكن من العمل التفصيلي”، نظرًا لصغر حجم الأقمار الصناعية، كما يقول موراتا.

في النهاية، فاز خشب الماغنوليا لأن خلاياه صغيرة وموحدة الحجم، مما يجعل الخشب أسهل في العمل وأقل عرضة للانقسام أو الكسر. قال.

بدأ البشر بإطلاق الأقمار الصناعية إلى المدار منذ خمسينيات القرن الماضي، حيث تم إطلاق ما يصل إلى 100 مركبة فضائية كل عام حتى عام 2010. ولكن على مدى العقد الماضي، أصبح الوصول إلى عمليات الإطلاق التجارية أكثر سهولة وتزايد هذا العدد. إزداد باضطراد, أكثر من 1400 قمر صناعي جديد في عام 2021. ومع احتمال زيادة عدد الصواريخ المرسلة إلى الفضاء، تتوقع أبحاث الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) أنه في العقود القادمة، يمكن أن يحتوي ما يصل إلى نصف الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير على جزيئات معدنية من المركبات الفضائية.

وتتطلع منظمات أخرى أيضًا إلى استخدام الخشب في الفضاء.

صممت شركة Arctic Astronautics الفنلندية الناشئة WISA Woodsat، وهو قمر صناعي خشبي كان من المفترض إطلاقه إلى الفضاء في عام 2021. ومع ذلك، يقول مؤسس الشركة Jari Mäkinen إن الإطلاق تأخر بسبب عقبات بيروقراطية.

وقال ماكينين لشبكة CNN في رسالة بالبريد الإلكتروني: “القمر الصناعي جاهز، في انتظار تجميعه مرة أخرى عندما يحين الوقت”، مضيفًا أنه بمجرد حصول الشركة على ترخيص العمليات الفضائية، سيتم إطلاق القمر الصناعي مع خدمة استضافة الصواريخ الخاصة RocketLab.

في جامعة خليفة في دولة الإمارات العربية المتحدة. مهندس طيران يرجان عبد الصمد يدرس الجرافين باعتباره مادة محتملة للأجسام الفضائية.

يقوم صمد باستكشاف “خشب النانو” – وهو خشب منخفض الكثافة ممزوج بالجرافين لتحسين قوته. ويتفق صمد مع موراتا على أن الخشب، باعتباره مادة متجددة ومنخفضة الكثافة، لديه القدرة ليس فقط على بناء الأقمار الصناعية، ولكن أيضًا على بناء الهياكل الفضائية المستقبلية.

يقول صمد: “هناك العديد من المشاريع البحثية الجارية حول الزراعة الفضائية”. “إذا كان لدينا خشب مزروع في الفضاء، فيمكن استخدامه للتصنيع في الفضاء.”

ومع ذلك، لا يزال هناك الكثير من الأمور المجهولة بشأن الخشب في الهياكل الفضائية، كما يقول تاتسوهيتو فوجيتا، المهندس في وكالة استكشاف الفضاء اليابانية الذي ساعد في مراجعة مشروع لينغو سات.

يقول فوجيتا: “إن استخدام الموارد الطبيعية في الأجهزة الفضائية (أمر منطقي) من منظور أهداف التنمية المستدامة، ولكن بما أن الخشب لم يُستخدم مطلقًا في الأقمار الصناعية، فلا يمكننا تحديد نوع الفوائد التي يمكننا الحصول عليها الآن”.

يقول فوجيتا إنه بالنسبة لوكالة استكشاف الفضاء اليابانية وبرنامج J-Cube، مبادرة إطلاق القمر الصناعي، فإن الأولوية هي السلامة – وقد اجتاز LingoSat تقييمه الأولي دون مشاكل حرجة. “تأمل وكالة استكشاف الفضاء اليابانية أيضًا في الحصول على مواد هيكلية أخف وأقوى وأقل احتمالية لتوليد الحطام، وتجري أبحاثًا لتحقيق هذا الهدف.”

إن LingoSat في المراحل النهائية من المراجعة الأمنية ومن المتوقع إطلاقه كجزء من مهمة مشتركة بين JAXA وNASA في صيف عام 2024.. ويقول موراتا إنهم سيراقبون القمر الصناعي لمدة ستة أشهر على الأقل، لمعرفة كيف يتصرف في الظروف الفضائية، مثل التغيرات الشديدة في درجات الحرارة في الفضاء.

وسيقوم الباحثون بمراقبة القمر الصناعي لمدة ستة أشهر على الأقل أثناء دورانه حول الأرض، كما هو موضح في هذا العرض. الائتمان: جامعة كيوتو

يقول موراتا: “لم يكن هناك انخفاض كبير في المقاومة من -150 إلى 150 درجة مئوية (-238 إلى 302 درجة فهرنهايت)، وقد أكدنا ذلك في تجاربنا”. “لكن القمر الصناعي يدور حول الأرض ويرى اختلافات هائلة في درجات الحرارة خلال 90 دقيقة. ولا نعلم إلى أي مدى يمكن للقمر الصناعي أن يتحمل هذه الدورة المكثفة والمتكررة من اختلاف درجات الحرارة، لذا فإن هذا السؤال يحتاج إلى دراسة.

وسيقوم الفريق أيضًا بمراقبة ردود أفعاله تجاه موجات الراديو والمجالات المغناطيسية، بالإضافة إلى كيفية حماية القشرة الخشبية لأشباه الموصلات والرقاقة الخاصة بالقمر الصناعي.

من الناحية النظرية، يجب أن يكون الخشب مادة أرخص في التصنيع، على الرغم من أن موراتا يقول إنه كتقنية جديدة، فإنه لا يزال يقوم بتقييم التكاليف.

ويقول موراتا إنه حتى الآن، تم استخدام القليل من المواد في المهمات والأجسام الفضائية. ويأمل أن يتمكن بحثه وLingoSat من إظهار إمكانيات المواد الأخرى ذات التأثير المنخفض.

يوضح موراتا: “إنها مادة متجددة وصديقة للبيئة وصديقة للناس”. “أعتقد أنه يمكن استخدام الخشب في تطوير الفضاء، بما في ذلك كمادة داخلية وكمادة للوقاية من الإشعاع للأقمار الصناعية الصغيرة والمركبات الفضائية المأهولة.”