Дървен сателит звучи като идея от детска книжка, но Япония вече изведе такъв в орбита по изключително сериозна причина.

Космосът става все по-пренаселен, изстрелват се все повече сателити, а материалите, използвани днес, могат да създадат проблеми дълго след края на мисиите.

Дървеният сателит, наречен LignoSat, е разработен от експерти от университета в Киото в сътрудничество с партньори от японската космическа общност.

Дизайнът на LignoSat

Сателитът представлява малък куб с размери приблизително 10 сантиметра от всяка страна. Въпреки скромния си размер, LignoSat повдига важен въпрос: може ли дървото да се превърне в практичен материал за бъдещи космически апарати?

За да се тества поведението на дървесината в орбита, LignoSat беше изведен от Международната космическа станция през декември 2024 г.

В окончателния дизайн са използвани панели от магнолия хоноки, сглобени чрез традиционна японска дърводелска техника, вместо с лепило или пирони.

Защо е избрана дървесина?

Изборът на материал има практическа причина. Днес повечето сателити разчитат на алуминиеви сплави и други метали.

Когато сателитите приключат мисиите си, операторите често ги насочват обратно към земната атмосфера. При навлизането те изгарят, но металът не изчезва просто така.

Конвенционалните сателити могат да оставят след себе си миниатюрни частици алуминиев оксид, които е възможно да останат в атмосферата в продължение на десетилетия.

Човешката дейност отвъд Земята

Астронавтът Такао Дои предупреждава, че проблемът може да се задълбочи с нарастващия брой изстрелвания на сателити през следващите години.

Дои познава космоса от личен опит. Той лети на борда на совалката „Колумбия“ през 1997 г. и става първият японски астронавт, извършил дейност в открития космос. Лети отново през 2008 г.

Сега, като изследовател в университета в Киото и гост-професор в университета „Рюкоку“, Дои изучава как човешката дейност извън Земята може да стане по-чиста и по-устойчива.

Вдъхновение от град Киото

Вдъхновението на Дои идва отчасти от самия град Киото. Градът е дом на дървени храмове и светилища, които са оцелели векове наред въпреки дъжда, влажността, насекомите и драстичните сезонни промени.

Дои поглежда към тези структури и вижда в тях нещо повече от културно наследство – той вижда инженерно постижение.

Той се замисля, че ако дървото може да издържи толкова дълго на Земята, какво ли би направило в космоса, където няма дъжд, насекоми и обичайните форми на гниене.

Тестване на дървени проби в космоса

Екипът не избира каква да е дървесина. След като тестват няколко варианта, изследователите се спират на хоноки – японска магнолия, ценена заради своята стабилност и лесна обработка.

Традиционно занаятчиите я използват за ножници на японски мечове, защото е лека, гладка и устойчива на изкривяване.

При по-ранни тестове за излагане на условията на МКС, дървени проби прекарват повече от 240 дни в суровата космическа среда.

Изследователите не откриват значителни напуквания, изкривявания, белене, повърхностни повреди или промяна в масата.

Температура и напрежение в сглобките

Въпреки това космосът е суров към материалите по начини, които не съществуват на Земята.

Един сателит обикаля планетата за около 90 минути, преминавайки от пряка слънчева светлина в сянката на Земята и обратно.

Този цикъл може да изложи материалите на екстремни температурни колебания. Металните крепежни елементи също могат да създадат напрежение, тъй като металът и дървото се разширяват и свиват по различен начин.

Един винт, който работи перфектно в стол или шкаф, може да се превърне в слабо звено в орбита.

Японска дърводелска техника в космоса

Екипът на LignoSat се обръща към традиционните японски дърводелски техники. Дървената обвивка на сателита използва сглобка, наречена „томегата какуши арикуми-цуги“ – често описвана като сглобка тип „скрита лястовича опашка“. Тази техника позволява на дървените части да се държат заедно без пирони или лепила.

За LignoSat опитни занаятчии оформят дървени панели с дебелина четири милиметра с толеранс до 0,1 милиметра. Тази прецизност помага на един древен занаят да отговори на стандартите за космически полети.

Сателити с по-малко метал

LignoSat все пак включва някои метални части, тъй като трябва да отговаря на изискванията за безопасност и извеждане от Международната космическа станция.

Дългосрочната цел е да се създават сателити, които разчитат много по-малко на метал, намаляват вредните остатъци при обратно навлизане в атмосферата и тестват дали естествените материали могат да служат на съвременните космически мисии.

Първоначалният план е бил бордовите сензори да измерват напрежението, температурата, радиационните ефекти и възможните смущения от геомагнитното поле на Земята.

Резултати от първата мисия

Първата мисия не протича перфектно. След като LignoSat достига орбита, екипът изпитва затруднения с установяването на надеждна комуникация със Земята.

Дои заяви, че основната цел е била да се разбере дали дървен сателит може да функционира във вакуума на космоса. В това отношение проектът е успешен. Сателитът завършва четиримесечна мисия. Екипът продължава да разследва възможните причини за комуникационния проблем, включително софтуерни проблеми и повреди при разгръщането на антената.

Бъдещето на мисията LignoSat

Въпреки първоначалните трудности, екипът гледа напред. Планира се изстрелването на LignoSat-2 през 2026 г., който ще включва подобрения, базирани на уроците от първия полет.

Ако дървото се докаже като надежден материал, то може да промени начина, по който се проектират и изграждат бъдещите сателити, правейки космическите изследвания по-устойчиви и по-малко вредни за нашата планета.

Следващите версии на дървения сателит ще се основават на натрупания опит. Екипът подготвя LignoSat-1R за изстрелване през фискалната 2027 година на Япония, като основна цел е подобряването на комуникацията със Земята.

Очаква се по-късен модел, LignoSat-2, да използва плоска комуникационна антена, прибрана вътре в корпуса на апарата. Изследователите обмислят и практически приложения, включително сателитна мрежа, която би могла да поддържа комуникациите след големи бедствия, повредили наземните кули.