Japanische Wissenschaftler wollen einen Holzsatelliten ins All schicken

CNN
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Aluminiumraketen und Stahlwolkenkratzer; Schlanke Hochgeschwindigkeits-Shuttles und Glasfassaden: So stellt man sich „die Zukunft“ seit Jahrzehnten vor.

Aber das ist nicht das, was Koji Murata sich vorstellt. Murata, ein Forscher an der Universität Kyoto in Japan, hat erforscht, wie biologische Materialien im Weltraum eingesetzt werden können.

Murata fragte sich, ob er „ein Holzhaus auf dem Mond oder dem Mars bauen könnte“ und beschloss, die Theorie zu testen – indem er etwas erschuf Satellit aus Holz.

Kürzlich Forschung der National Oceanic and Atmospheric Administration Die NOAA stellte fest, dass 10 % der Aerosole in der Stratosphäre Metallpartikel von Raumfahrzeugen, einschließlich Satelliten, enthalten. Die langfristigen Auswirkungen dieser Metallfragmente sind unbekannt, Wissenschaftler befürchten jedoch, dass sie die empfindliche Ozonschicht der Erde schädigen könnten.

Laut Murata wären Satelliten aus Holz besser für den Planeten und bieten dennoch die gleiche Funktionalität wie ihre Gegenstücke aus Metall.

„Am Ende ihres Lebens treten die Satelliten wieder in die Atmosphäre ein. Der Unterschied besteht darin, dass das Holz im LingoSat verbrennt und sich schließlich in Gas verwandelt, während die Metalle stattdessen zu feinen Partikeln werden“, sagt Murata.

Es ist kein Wunschtraum: Murata und sein Team arbeiten seit vier Jahren an dem Projekt und haben 2021 Holzproben ins All geschickt, um die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber den Weltraumbedingungen zu testen.

Jetzt sind sie es Wir arbeiten mit der Japan Aerospace Agency (JAXA) und der NASA zusammen, um Anfang nächsten Jahres den Prototyp des Satelliten namens LingoSat in die Umlaufbahn zu schicken.

Magnolie, Kirsche und Birke

Für Murata, der das Space-Wood-Projekt an der Universität Kyoto leitet, ist Holz eine offensichtliche Wahl für Weltraumstrukturen.

„Wenn man Holz auf der Erde verwendet, hat man Probleme mit dem Brennen, Verrotten und Verziehen, aber im Weltraum gibt es diese Probleme nicht: Es gibt keinen Sauerstoff im Weltraum, also brennt es nicht, und es gibt keine lebenden Organismen darin, damit es nicht verrottet“, sagt er.

Murata fügt hinzu, dass die Festigkeit von Holz im Verhältnis zu seinem Gewicht die gleiche ist wie die von Aluminium, was es auch für den Weltraumbau zu einer überzeugenden Wahl macht, und die Tests des Teams auf der Internationalen Raumstation ergaben, dass Holz im Weltraum eine bemerkenswerte Flexibilität aufweist.

Für den Satelliten testete Murata drei Holzarten: Ermann-Birke, also Birke In Ostasien weit verbreitet: Japanische Kirsche und Magnolia obovata – eine in Japan beheimatete Art. Während Zypressen und Zedernholz die häufigsten Holzarten im Bauwesen sind, wählte das Team aufgrund der geringen Größe der Satelliten „Materialien, die den größtmöglichen Detailarbeiten standhalten“, sagt Murata.

Am Ende gewann Magnolienholz, weil seine Zellen klein und gleichmäßig groß sind, wodurch das Holz leichter zu bearbeiten ist und die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass es splittert oder bricht. sagen.

Menschen haben seit den 1950er Jahren Satelliten in die Umlaufbahn gebracht, wobei bis 2010 jedes Jahr bis zu 100 Raumfahrzeuge gestartet wurden. Doch im Laufe des letzten Jahrzehnts sind kommerzielle Starts leichter zugänglich geworden, und diese Zahl ist gestiegen Ständig erhöht, Mehr als 1.400 neue Satelliten Im Jahr 2021. Da die Zahl der in den Weltraum geschickten Raketen voraussichtlich zunehmen wird, prognostiziert die NOAA-Forschung, dass in den kommenden Jahrzehnten bis zur Hälfte der Aerosole in der Stratosphäre Metallpartikel von Raumfahrzeugen enthalten könnten.

Auch andere Organisationen wollen Holz im Weltraum einsetzen.

Das finnische Startup Arctic Astronautics hat WISA Woodsat entworfen, einen Holzsatelliten, der 2021 ins All gebracht werden sollte. Firmengründer Jari Mäkinen sagt jedoch, der Start sei aufgrund bürokratischer Hürden verschoben worden.

„Der Satellit ist bereit und wartet darauf, die Teile zu gegebener Zeit wieder zusammenzusetzen“, sagte Makinen in einer E-Mail gegenüber CNN und fügte hinzu, dass der Satellit über den privaten Raketen-Sharing-Dienst von RocketLab gestartet wird, sobald das Unternehmen eine Weltraumbetriebslizenz erhält.

An der Khalifa University in den Vereinigten Arabischen Emiraten. Flugingenieur Yerjan Abdel Samad Graphen gilt als potenzielles Material für Weltraumobjekte.

Samad erforscht „Nanoholz“ – Holz mit geringer Dichte, gemischt mit Graphen, um seine Festigkeit zu verbessern. Samad stimmt mit Murata darin überein, dass Holz als erneuerbares Material mit geringer Dichte nicht nur das Potenzial für den Bau von Satelliten, sondern auch für den Bau zukünftiger Weltraumstrukturen hat.

„Es gibt viele laufende Forschungs(projekte) im Bereich der Weltraumlandwirtschaft“, sagt Samad. „Wenn wir Holz aus dem Weltraum haben, kann es für die Produktion im Weltraum verwendet werden.“

Es gebe jedoch immer noch viele Unbekannte über Holz in Weltraumstrukturen, sagt Tatsuhito Fujita, ein Ingenieur bei der Japan Aerospace Exploration Agency, der an der Prüfung des Lingosat-Projekts beteiligt war.

„Aus Sicht der Ziele für nachhaltige Entwicklung macht es Sinn, natürliche Ressourcen für Weltraumhardware zu nutzen, aber da Holz noch nie in Satelliten verwendet wurde, können wir derzeit nicht sagen, welchen Nutzen wir daraus ziehen können“, sagt Fujita.

Für die Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und das J-Cube-Programm, die Satellitenstartinitiative, steht die Sicherheit an erster Stelle – und LingoSat hat seine erste Bewertung ohne kritische Bedenken bestanden, sagt Fujita. „JAXA hofft auch, Strukturmaterialien zu erhalten, die leichter und stärker sind und weniger dazu führen, dass Ablagerungen entstehen, und führt Forschungen durch, um dieses Ziel zu erreichen.“

LingoSat befindet sich in der Endphase der Sicherheitsüberprüfung Der Start soll im Rahmen einer gemeinsamen Mission der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und der NASA im Sommer 2024 erfolgen.. Murata sagt, dass sie den Satelliten mindestens sechs Monate lang überwachen werden, um zu sehen, wie er sich unter Weltraumbedingungen verhält – etwa bei extremen Temperaturschwankungen im Weltraum.

Forscher werden den Satelliten mindestens sechs Monate lang überwachen, während er die Erde umkreist, wie in dieser Präsentation gezeigt. Bildnachweis: Universität Kyoto

„Von -150 auf 150 °C (-238 auf 302 °F) gab es keinen signifikanten Festigkeitsabfall, und das haben wir in unseren Experimenten bestätigt“, sagt Murata. „Aber der Satellit umkreist die Erde und erzeugt im Laufe von 90 Minuten diese enormen Temperaturunterschiede. Wir wissen nicht, wie sehr der Satellit diesem intensiven und wiederholten Zyklus von Temperaturunterschieden standhalten kann, daher muss dies untersucht werden.“

Das Team wird auch seine Reaktionen auf Radiowellen und Magnetfelder überwachen und wie das Holzfurnier die Halbleiter und den Chip des Satelliten schützt.

Theoretisch sollte Holz ein billigeres Material in der Herstellung sein, obwohl laut Murata die Kosten für die neue Technologie noch ermittelt werden.

Bisher sei nur wenig von dem Material für Weltraummissionen und -objekte verwendet worden, sagt Murata. Er hofft, dass seine und LingoSats Forschung die Möglichkeiten anderer Materialien mit geringer Umweltbelastung aufzeigen kann.

„Es ist ein erneuerbares, umweltfreundliches und menschenfreundliches Material“, sagt Murata. „Ich glaube, dass Holz in der Raumfahrtentwicklung verwendet werden kann, insbesondere als Innenmaterial und Strahlungsschutzmaterial, für kleine Satelliten und bemannte Raumfahrzeuge.“