أول قمر صناعي خشبي في العالم في طريقه ، على شكل WISA Woodsat الفنلندي. يوفر خبراء مواد ESA مجموعة من أجهزة الاستشعار التجريبية للبعثة ويشاركون في اختبار ما قبل الرحلة. الائتمان: القطب الشمالي للملاحة الفضائية
أول قمر صناعي خشبي في العالم في طريقه ، على شكل WISA Woodsat الفنلندي. يوفر خبراء مواد ESA مجموعة من أجهزة الاستشعار التجريبية للبعثة ويشاركون في اختبار ما قبل الرحلة.
WISA Woodsat عبارة عن “CubeSat” مقاس 10x10x10 سم – وهو نوع من الأقمار الصناعية النانوية المبنية من صناديق قياسية – ولكن بألواح سطح من الخشب الرقائقي. الأجزاء الخارجية غير الخشبية الوحيدة في Woodsat هي قضبان زاوية من الألومنيوم تستخدم لنشرها في الفضاء بالإضافة إلى عصا سيلفي معدنية.
بدأ المهمة جاري ماكينين ، كاتب فنلندي ورسام رسوم متحركة. شارك في تأسيس شركة تُدعى Arctic Astronautics ، والتي تقوم بتسويق نسخ متماثلة من CubeSats تعمل بكامل طاقتها من أجل التعليم والتدريب والاستجمام. “لطالما أحببت صنع نماذج الطائرات ، التي تشتمل على الكثير من الأجزاء الخشبية. بعد أن عملت في مجال تعليم الفضاء ، جعلني هذا أتساءل ؛ لماذا لا نطير بمواد خشبية إلى الفضاء؟
WISA وودسات. الائتمان: القطب الشمالي للملاحة الفضائية
“لذلك خطرت لي فكرة إطلاق قمر صناعي خشبي إلى طبقة الستراتوسفير ، على متن منطاد الطقس. حدث ذلك في عام 2017 ، بإصدار خشبي من KitSat. بعد أن سارت الأمور على ما يرام ، قررنا ترقيته ووضعه في المدار. من هناك ، تضاعف المشروع: وجدنا دعمًا تجاريًا وحصلنا على مكان على قاذفة الإلكترون من Rocket Lab في نيوزيلندا. “
مستشعرات ESA لاستنشاق الجزء الداخلي من Woodsat
علق ريكاردو رامبيني ، رئيس قسم فيزياء المواد والكيمياء في وكالة الفضاء الأوروبية ، قائلاً: “كان الجدول الزمني ضيقًا ، لكننا سعدنا بفرصة المساهمة في حمولة Woodsat مقابل المساعدة في تقييم قدرتها على الطيران.
“العنصر الأول الذي نأخذه على متن السفينة هو مستشعر الضغط ، والذي سيسمح لنا بتحديد الضغط المحلي في التجاويف الموجودة على متن الطائرة في غضون ساعات وأيام من دخوله في المدار. يعد هذا عاملاً مهمًا في تشغيل الأنظمة عالية الطاقة وهوائيات التردد اللاسلكي ، حيث يمكن أن تتسبب الكميات الصغيرة من الجزيئات في التجويف في إتلافها.
الكشف عن تصميم WISA Woodsat. الائتمان: القطب الشمالي للملاحة الفضائية
“تم تصميم هذا المستشعر لنا بواسطة Sens4 في الدنمارك ، الذين قاموا بعمل ممتاز في تخفيف تصميمهم القياسي لاستيعاب قيود الحجم والطاقة على متن الطائرة. “
يضيف Bruno Bras ، مهندس مواد ESA: “الشيء الجيد هنا هو أننا انتهينا من تصميم جهاز منخفض التكلفة يمكنه العثور على جميع أنواع الاستخدامات الإضافية ، سواء في المدار أو في التربة في الهواء في بيئات الاختبار. “
بجانبه سيكون مصباح LED بسيط مزود بمقاوم ضوئي يكتشف وقت تشغيله. لكن قوة الصمام ستأتي من البلاستيك المطبوع ثلاثي الأبعاد الموصّل كهربائيًا والذي يسمى “بولي إيثير كيتون” أو PEEK باختصار ، مما يفتح الباب أمام إمكانية الطباعة أو حتى روابط البيانات مباشرة إلى أجسام البعثات الفضائية المستقبلية.
القلب التقني لوكالة الفضاء الأوروبية: ESTEC ، المركز الأوروبي لأبحاث وتكنولوجيا الفضاء ، في نوردفيك ، هولندا. الائتمان: ESA-G. يحمل
يعلق Orcun Ergincan ، مهندس المواد في ESA: “المكون الآخر هو توازن دقيق من الكريستال الكوارتز ، يعمل كأداة مراقبة تلوث حساسة للغاية ، ويقيس أي رواسب ضعيفة بترتيب النانوجرام. من الأجهزة الإلكترونية الموجودة على متن الطائرة وكذلك الأسطح الخشبية نفسها. هذا ما ساهم به OpenQCM في إيطاليا. تقوم هذه الشركة أيضًا ببناء مجموعة عالمية من لوحات الدوائر المطبوعة التي تضم المتظاهرين الثلاثة بأجهزة استشعار متكاملة. “
الخشب الرقائقي لـ Woodsat
يشمل رعاة Woodsat شركة UPM Plywood of Finland ، إحدى أكبر مصنعي الخشب الرقائقي في العالم.
يقول Samuli Nyman ، كبير المهندسين في Woodsat والمؤسس المشارك لشركة Arctic Astronautics: “المادة الأساسية للخشب الرقائقي هي خشب البتولا ، ونحن نستخدم أساسًا نفس المادة التي تجدها في متجر لاجهزة الكمبيوتر أو لصنع الأثاث”.
يتألف مختبر المواد والمكونات الكهربائية التابع لـ ESA من أكثر من 20 مرفقًا تجريبيًا مخصصًا ومئات الأدوات في المجموع ، ويضمن الاختيار الأمثل للمكونات والمواد والعمليات الكهربائية لمهام ومشاريع ESA. خارجي ، نظرًا للتحديات البيئية الفريدة التي ينطوي عليها البناء من أجل الفضاء ، مزيد من التحقيق في الإخفاقات لضمان عدم حدوث مشكلات مماثلة في البعثات المستقبلية. الائتمان: ESA
“الاختلاف الرئيسي هو أن الخشب الرقائقي العادي مبلل للغاية بحيث لا يمكن استخدامه في الفضاء ، لذلك نضع خشبنا في غرفة حرارية مفرغة من الهواء لتجفيفه. ثم نقوم أيضًا بترسيب الطبقة الذرية ، بإضافة طبقة رقيقة جدًا من أكسيد الألومنيوم – عادةً ما يستخدم لتغليف الإلكترونيات. يجب أن يقلل هذا من الأبخرة غير المرغوب فيها من الخشب ، والمعروفة باسم “إطلاق الغازات” في الفضاء ، مع الحماية من التأثيرات التآكلية للأكسجين الذري. سنقوم أيضًا باختبار ورنيش ورنيش أخرى على أجزاء معينة من الخشب.
تم العثور على متغير الأكسجين عالي التفاعل هذا في المناطق البعيدة من الغلاف الجوي – نتيجة فصل جزيئات الأكسجين القياسية عن طريق الأشعة فوق البنفسجية القوية للشمس – واكتُشف لأول مرة عندما قضم بصوت عالي على البطانيات. حراري خلال الرحلات الجوية الأولى للفضاء خدمة النقل.
في Woodsat ، قام مهندسو مواد ESA بتضمين مستشعر ضغط ، واختبار بلاستيك موصل كهربائيًا ، وموازنة دقيقة بلورية كوارتز ، وكلها موجودة على نفس لوحة الدوائر المطبوعة ، بالإضافة إلى اختبار سبيكة ذاكرة الشكل. الائتمان: ESA
تشير اختبارات ما قبل الرحلة إلى أن القمر الصناعي ، الذي سيدور حول مستوى 500-600 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر في مدار قريب من القطب المتزامن مع الشمس ، يجب أن ينجو من تعرضه للأكسجين الذري. ولكن يجب تعتيم الخشب بواسطة الأشعة فوق البنفسجية الناتجة عن أشعة الشمس غير المفلترة.
عصا سيلفي على متن الطائرة
يضيف Jari: “لدينا زوج من الكاميرات على متن الطائرة ، بما في ذلك واحدة ممتدة على عصا سيلفي لإلقاء نظرة على الخشب الرقائقي والتقاط الصور لمعرفة كيف يتصرف”. “نريد أن نرى تغيرات في اللون ، وتشققات ، وما إلى ذلك. “
اتضح أن تصميم وتصنيع ذراع الكاميرا تمرين مثير للاهتمام: يجب أن يكون الهيكل صغيرًا حيث يمكن أن يكون داخل القمر الصناعي الصغير للإطلاق ، ثم يمتد إلى أقصى حد ممكن.
تم إطلاق LEOX الجديد التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، مرفق المدار الأرضي المنخفض ، لأول مرة في أبريل 2017. هذا المحاكي الجديد الذي يطلق ليزرًا لتوليد الأكسجين الذري لا يُرى عادةً إلا في المدارات المنخفضة ومن المعروف أنه يأكل أسطح الأقمار الصناعية. يولد LEOX الأكسجين الذري بمستويات طاقة تعادل السرعة المدارية – 7.8 كم / ثانية – لمحاكاة بيئة الفضاء عن كثب. ويمكنه أيضًا إجراء الاختبارات بسرعة إنتاجية أعلى ، مما يوفر الوقت والمال للاختبار. يتم حقن الأكسجين الجزيئي المنقى في غرفة مفرغة بواسطة شعاع ليزر نابض يركز عليها. مع وميض أرجواني مع كل لقطة ليزر ، يتم تحويل الأكسجين إلى بلازما ساخنة يتم توجيه تمددها السريع على طول فوهة مخروطية. ثم ينفصل ليشكل شعاعًا عالي الطاقة من الأكسجين الذري. يقع المرفق الجديد في مختبر المواد والمكونات الكهربائية ، وهو أحد المختبرات في المركز التقني التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في هولندا ، والمخصص لمحاكاة جميع جوانب بيئة الفضاء. الائتمان: ESA ، CC BY-SA 3.0 IGO
ويضيف جاري: “تم التصميم من قبل شركة الهندسة الفنلندية هولد ، مما دفع الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى أقصى حدودها”. “بالنسبة لهولد ، أثبت مشروع Woodsat بالفعل أنه نقطة مرجعية مهمة لدخول مشاريع ميكانيكا الفضاء الأخرى أيضًا.”
بالإضافة إلى مجموعة الكاميرات وأجهزة الاستشعار التي تبرعت بها وكالة الفضاء الأوروبية ، ستحمل Woodsat أيضًا حمولة راديو للهواة تسمح للهواة بنقل إشارات الراديو والصور في جميع أنحاء العالم. تتضمن الوصلة الهابطة للبيانات لوصلة الراديو “LoRa” شراء “محطة أرضية” مقابل 10 يورو فقط.
“في النهاية ، Woodsat هو مجرد شيء جميل من حيث التصميم والبساطة التقليدية في بلدان الشمال الأوروبي ، يجب أن يكون من المثير للاهتمام للغاية رؤيته في المدار” ، يتابع جاري. “نأمل أن يساعد هذا في إلهام الناس للاهتمام أكثر وأكثر بالأقمار الصناعية وقطاع الفضاء كشيء يؤثر على حياتنا بأكملها بالفعل ولن يكتسب سوى الزخم في المستقبل.”
من المتوقع إطلاق Woodsat قبل نهاية هذا العام.
