يخطط العلماء اليابانيون لإرسال قمر صناعي مصنوع من الخشب إلى الفضاء

سي إن إن
—

صواريخ الألمنيوم وناطحات السحاب الفولاذية؛ مركبة فضائية فائقة السرعة وواجهات زجاجية: لقد تم تصور “المستقبل” منذ عقود.

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

وتساءل موراتا: “هل من الممكن بناء منزل خشبي على القمر أو المريخ”، وقرر تطوير النظرية. قمر صناعي خشبي.

حديثاً بحث أجرته 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 يشعرون بالقلق من أنها قد تلحق الضرر بطبقة الأوزون الهشة للأرض.

يقول موراتا إن الأقمار الصناعية الخشبية أفضل لكوكب الأرض، في حين أن أدائها لا يقل عن أداء نظيراتها المعدنية.

يقول موراتا: “في نهاية عمرها، تعود الأقمار الصناعية إلى الغلاف الجوي. والفرق هو أن الخشب الموجود في لينجوزات يحترق ويتحول في النهاية إلى غاز، بينما تتحول المعادن إلى جزيئات دقيقة”.

إنه ليس مجرد حلم: لقد عمل موراتا وفريقه على المشروع لمدة أربع سنوات، وسيرسلون عينات خشبية إلى الفضاء في عام 2021 لاختبار مرونة المادة في مواجهة ظروف الفضاء.

الآن، هم تعمل وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) مع وكالة ناسا لإرسال نموذج أولي للقمر الصناعي يسمى “Lingosat” إلى مداره في أوائل العام المقبل.

ماجنوليا، الكرز و البتولا

بالنسبة لموراتا، الذي يرأس برنامج الخشب الفضائي في جامعة كيوتو، يعتبر الخشب خيارًا واضحًا للهياكل الفضائية.

“عندما تستخدم الخشب على الأرض، تواجه مشاكل مثل الاحتراق والتعفن والتحلل، لكن في الفضاء، لا تواجه هذه المشاكل: لا يوجد أكسجين في الفضاء، لذلك لا يحترق، ولا توجد كائنات حية قال: فيها حتى لا تتعفن

يضيف موراتا أن قوة وزن الخشب إلى وزنه تشبه الألومنيوم، مما يجعله 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 الأشجار: خشب البتولا إيرمان – هذا يوجد بشكل شائع في شرق آسيا – الكرز الياباني وماجنوليا أوبوفاتا – وهو نوع موطنه اليابان. على الرغم من أن أشجار السرو والأرز هما أكثر أنواع الأخشاب شيوعًا في البناء، إلا أن موراتا يقول إن الفريق “اختار المواد التي يمكنها تحمل أكبر قدر ممكن من العمل التفصيلي” بسبب صغر حجم الأقمار الصناعية.

في النهاية، فاز خشب الماغنوليا لأن خلاياه أصغر حجمًا وأكثر تجانسًا في الحجم، مما يجعل الخشب أسهل في العمل وأقل عرضة للانقسام أو الكسر. هو يقول.

بدأ البشر بوضع الأقمار الصناعية في المدار منذ خمسينيات القرن الماضي، واعتبارًا من عام 2010، تم إطلاق 100 مركبة فضائية كل عام. لكن الإطلاقات التجارية أصبحت أكثر سهولة في العقد الماضي. إزداد باضطراد, عبور 1400 قمر صناعي جديد في عام 2021. ومع احتمال زيادة عدد الصواريخ المرسلة إلى الفضاء، تتوقع أبحاث الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) أنه خلال العقد المقبل، يمكن أن يحتوي ما يصل إلى نصف الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير على جزيئات معدنية من المركبات الفضائية.

تريد شركات أخرى أيضًا استخدام الخشب في الفضاء.

تخطط شركة Arctic Astronautics الفنلندية الناشئة لإطلاق قمر صناعي خشبي يسمى WISA Woodsat في عام 2021. ومع ذلك، قال مؤسس الشركة، ياري ماكينين، إن عملية الإطلاق توقفت 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 مشاركة الرحلات الصاروخية الخاصة RocketLab.

في جامعة خليفة في دولة الإمارات العربية المتحدة، مهندس الفضاء الجوي يرجان عبد الصمد النظر إلى الجرافين كمادة محتملة لمنتجات الفضاء الجوي.

يجري صمد أبحاثًا حول “خشب النانو” – وهو خشب منخفض الكثافة ممزوجًا بالجرافين لتحسين قوته. ويتفق ساماث مع موراتا على أن الخشب، باعتباره مادة متجددة ومنخفضة الكثافة، لديه القدرة ليس فقط على بناء الأقمار الصناعية، بل أيضًا على بناء الهياكل الفضائية المستقبلية.

يقول صمد: “هناك العديد من الأبحاث (المشاريع) الجارية في مجال الزراعة الفضائية”. “إذا تمت زراعة الخشب في الفضاء، فيمكن استخدامه للتصنيع في الفضاء.”

ومع ذلك، لا يزال هناك الكثير من الأشياء المجهولة بشأن الخشب في الهياكل الفضائية، كما يقول تاتسوهيتو فوجيتا، وهو مهندس في وكالة استكشاف الفضاء اليابانية مشارك في مراجعة مشروع LingoSat.

يقول فوجيتا: “إن استخدام الموارد الطبيعية للأجهزة الفضائية (أمر منطقي) من منظور أهداف التنمية المستدامة، ولكن نظرًا لعدم استخدام الخشب مطلقًا في الأقمار الصناعية، لا يمكننا تحديد نوع الفائدة التي يمكننا الحصول عليها في هذا الوقت”.

يقول فوجيتا إنه بالنسبة إلى وكالة استكشاف الفضاء اليابانية وبرنامج J-Cube، أعطت مبادرة إطلاق القمر الصناعي الأولوية للسلامة، وقد اجتاز LingoSat تقييمه الأولي دون أي مخاوف كبيرة. “تؤمن وكالة استكشاف الفضاء اليابانية بالمواد الهيكلية الأخف والأقوى التي تقل احتمالية توليد الحطام، وتجري أبحاثًا لتحقيق هذا الهدف.”

LingoSat في المراحل النهائية من مراجعة السلامة ومن المتوقع إطلاقه في صيف عام 2024 في مهمة مشتركة بين وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) ووكالة ناسا (NASA).. ويقول موراتا إنه سيراقب القمر الصناعي لمدة ستة أشهر على الأقل لمعرفة كيفية أدائه في الظروف الفضائية، مثل التغيرات الشديدة في درجة الحرارة في الفضاء.

وكما هو موضح في هذا العرض، سيقوم الباحثون بمراقبة القمر الصناعي الذي يدور حول الأرض لمدة ستة أشهر على الأقل. الائتمان: جامعة كيوتو

يقول موراتا: “لم يكن هناك انخفاض كبير في القوة من -150 إلى 150 درجة مئوية (-238 إلى 302 درجة فهرنهايت)، وهو ما أكدناه في اختباراتنا”. “لكن القمر الصناعي لديه هذه الاختلافات الكبيرة في درجات الحرارة خلال 90 دقيقة حول الأرض. لا نعرف مدى قدرة القمر الصناعي على تحمل هذه الدورة الشديدة والمستمرة من اختلاف درجات الحرارة، لذلك يجب دراستها.

وسيقوم الفريق بمراقبة ردود أفعاله تجاه موجات الراديو والمجالات المغناطيسية، وكيف تحمي القشرة الخشبية أشباه الموصلات والرقاقة الخاصة بالقمر الصناعي.

من الناحية النظرية، يجب أن يكون الخشب مادة أرخص في الإنتاج، ولكن كتقنية مبتكرة، يقول موراتا إنها لا تزال تتكبد تكاليف.

ويقول موراتا إنه حتى الآن، تم استخدام بعض المواد في المهمات والأشياء الفضائية. وهو يعتقد أن بحثه وLingoSat يمكنهما إظهار إمكانيات المواد الأخرى منخفضة التأثير.

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