Станут ли деревянные спутники «спасителями» космического мусора?

Недавно японская компания Sumitomo Forestry сотрудничает с Киотским университетом в совместной разработке спутника нового типа « LignoSat » и планирует запустить его в 2023 году.

Самая большая его особенность в том, что для изготовления оболочки спутника используются деревянные материалы.

В настоящее время большинство корпусов спутников изготовлено из композитных материалов, таких как алюминиевый сплав, титановый сплав или углеродное волокно, чтобы гарантировать нормальную работу внутренних компонентов в экстремальных условиях.

Но как только спутник завершит свою миссию или истечет срок его полезного использования, он, скорее всего, будет брошен напрямую и станет «космическим мусором», плавающим на низкой околоземной орбите.

В чем разница между спутником из дерева?

Бывший японский астронавт, участвовавший в проекте, и профессор Такао Дой из Киотского университета сказал в интервью BBC, что, когда спутник будет выведен с орбиты, а затем вернется в атмосферу и сожжется, он рассредоточится на множество крошечных частиц оксида алюминия. Со временем эти частицы будут Влияют на окружающую среду Земли.

Деревянные спутники не имеют этой скрытой опасности загрязнения, и по сравнению со всеми видами металлов, деревянные материалы легче сгорают в атмосфере и не образуют больших кусков мусора, которые представляют угрозу для земли.

Кроме того, Nikkei Asia также упомянула о преимуществе «деревянных спутников», которое способствует развитию связи. Поскольку сама древесина не блокирует сигнал, как металл, она может напрямую пропускать электромагнитные волны. Таким образом, спутниковая антенна может быть размещена внутри, а сама древесина также легче, а спутник может быть сконструирован более компактно. Более компактный.

Согласно официальному заявлению Sumitomo Forestry Company, проект сейчас находится на стадии исследований, а позже перейдет к части проектирования спутников. Среди них Лесная ассоциация Сумитомо в основном отвечает за применение древесных материалов в космосе и в то же время разрабатывает древесные материалы, устойчивые к высоким температурам.

В то же время Киотский университет, партнер Sumitomo Forestry, проведет сессию испытаний, чтобы проверить, выдержит ли древесина испытания в различных экстремальных сценариях. Например, в условиях вакуума механические свойства древесины и рост деревьев при низкой гравитации и низком давлении.

Между прочим, здесь находится японская лесохозяйственная компания Sumitomo. Это не обычный застройщик стройматериалов, а вековая фабрика в Японии. В 1991 г. был создан специальный научно-исследовательский институт, в основе которого лежат древесные материалы, для изучения возможности их применения в различных областях.

В дополнение к размышлениям об использовании дерева для создания спутников, мы также ранее сообщали, что Sumitomo Forestry планирует построить к 2041 году 70-этажный « деревянный небоскреб » высотой 350 метров, что можно назвать еще одной смелой идеей.

Если вспомогательный план будет успешно завершен, результаты также помогут строительным проектам Sumitomo Forestry.

Сделайте дерево твердым, как металл

Дерево – один из первых материалов, с которыми люди вступают в контакт, а также один из немногих ресурсов, которые мы можем получить от природы и которые можно непрерывно восстанавливать. Дальнейшее раскрытие его ценности и потенциала принесет гораздо больше пользы, чем традиционные категории, такие как архитектура и мебель.

В 2018 году исследователи из Университета Мэриленда опубликовали исследование, в котором массивная натуральная древесина успешно превратилась в высокопроизводительный конструкционный материал, в основном такой же твердый, как металл.

Согласно сообщению в журнале "Nature" того времени, исследователи сначала вылили древесину в концентрированную жидкость перекиси водорода, затем кипятили ее, чтобы удалить часть лигнина и целлюлозы из древесного материала, а затем выполнили механическое тепловое прессование при сверхвысоких температурах. , Древесина уплотнена , ее плотность достигла в 3 раза больше исходной, а твердость – в 10 раз.

После испытаний обработанная «супердревесина» имеет прочность, эквивалентную большинству конструкционных металлов и сплавов. Исследовательская группа также пыталась стрелять по дереву с помощью колонны из быстрорежущей стали, в которой необработанная древесина была полностью пробита; супердревесина эффективно замедляла скорость стрельбы; что касается супердерева с несколькими слоями, оно еще больше заклинило колонну. внутренний.

Это также доказывает, что за счет улучшения структурных компонентов мы действительно можем наделить древесину более богатыми свойствами и даже разработать новые характеристики.

Еще одно преимущество супердерева – это стоимость. По мнению исследователей, по сравнению с плитами из кевларового волокна той же толщины, защитная способность супердерева будет немного слабее, но стоимость кевлара составляет всего около 5%. Если его использовать в строительстве, транспортировке и других областях, стоимость, несомненно, значительно возрастет. уменьшить.

То же самое и с новыми деревянными спутниками: замена корпуса из аэрокосмических материалов на новые виды дерева также может значительно снизить производственные затраты, уменьшить вес и уменьшить объем.

Но для спутников, которые будут запускаться в космическое пространство, твердость только соответствует стандарту и может не соответствовать его требованиям. Чаще всего мы говорим о стойкости к высоким и низким температурам, коррозионной стойкости и более длительном сроке службы, что все еще требует реальных испытаний для проверки.

Насколько серьезно сейчас космический мусор

По мере того как все больше и больше спутников запускается на низкую околоземную орбиту, космический мусор становится все более серьезной проблемой.

Некоторые любят говорить, что самая большая в мире свалка мусора находится не на Земле, а на низкой околоземной орбите.

Это также связано с процессом запуска спутника. Ракета запускается из центра запуска, а затем шаг за шагом разгоняется. Первый и второй ускорители, использующие только топливо, отделяются от корпуса ракеты и падают обратно на поверхность земли, а некоторые сжигаются непосредственно в плотной атмосфере.

Однако значительная часть обломков ракеты или обтекателя осталась в открытом космосе, не подлежала утилизации и стала тем, что мы называем «космическим мусором».

Итак, может ли деревянный спутник, задуманный Японией на этот раз, решить проблему «космического мусора»? Некоторые любители космоса по-прежнему относятся к этому отрицательно.

По их мнению, преимущества деревянных спутников – низкая стоимость, легкость сжигания и отсутствие вредных элементов, однако последние два преимущества могут быть реализованы только при выходе их в атмосферу после спуска с орбиты.

Но если сам спутник не сможет активно сходить с орбиты, деревянный спутник все равно станет частью космического мусора.

Представьте, что кусок дерева с твердостью, сравнимой с авиационными материалами, летящий с орбитальной скоростью, его сила удара фактически не отличается от алюминиевого сплава, который такой же, как самолет, сбивающий птицу.

Как заставить спутники активно и пассивно сходить с орбиты и экономить ресурсы орбиты по-прежнему является основным методом борьбы с космическим мусором. Существуют также технологии восстановления ракет, такие как разработка SpaceX, чтобы избежать большего количества космического мусора.

В прошлом году у китайского корабля Chang'e 5 был процесс "управляемой посадки вне орбиты", который позволил восходящему аппарату, вернувшемуся на Луну, упасть на поверхность Луны, не позволив ему выйти на орбиту и превратиться в космический мусор, что повлияло на последующие программы исследования Луны человеком. .

А те обломки, которые больше не могут двигаться, могут быть устранены только внешними силами. В 2018 году в рамках проекта RemoveDEBRIS, возглавляемого Европейским космическим агентством, была предпринята попытка использовать «космические рыболовные сети» для захвата мусора на орбите и вывода его с орбиты в атмосферу.

В 2016 году сборщик мусора «Журавль» в Японии также пытался использовать металлическую цепь, чтобы поглотить мусор и замедлить его движение.

Вообще говоря, существует довольно много программ по очистке космического мусора, но не многие из них достигли значительных результатов.

В конце концов, даже при наличии правильной технологии такие проекты часто сталкиваются с другой проблемой – стоимостью. На этом этапе большинство космических проектов более охотно тратят деньги на научные исследования и исследования, чем на переработку мусора. Это символ национальной силы и новые возможности для деловых предприятий.

Согласно статистике, на сегодняшний день на низкой околоземной орбите находится более 100 миллионов обломков космического мусора, большая часть которых имеет ширину всего сантиметр и не может быть отслежена вообще.

Но даже если обломки имеют длину всего 1 см, когда его орбитальная скорость достигает десятков тысяч километров в час, они все равно будут приносить ужасную разрушительную силу космическому шаттлу или работающему спутнику. Поэтому многие аэрокосмические аппараты в настоящее время проектируют ударопрочные экраны для защиты самого оборудования.

В будущем, если деревянные спутники хотят успешно работать, необходимо также рассмотреть вопрос о конструкции защиты.

С другой стороны, на поверхность Земли будет запускаться все больше и больше спутников. В отчете Массачусетского технологического института показано, что, по оценкам, к 2025 году с Земли в космос будет ежегодно отправляться 1100 спутников, а в 2018 году количество вновь запускаемых спутников составит всего около 360.

В 1978 году астрофизик Дональд Кесслер (Donald Kessler) высказал гипотезу. Он считает, что, если на низкой околоземной орбите окажется слишком много летающих объектов, они в конечном итоге вызовут серию ударов из-за одного удара, и бесчисленные обломки сформируют «зону мусора» вокруг Земли, что сделает невозможным запуск космического корабля для людей. В космосе.

Сегодня эта гипотеза также известна как «эффект Кесслера». Если вы не хотите, чтобы космический мусор стал «клеткой» для Земли, рано или поздно людям придется столкнуться с этими проблемами.

# Добро пожаловать в официальный аккаунт Aifaner в WeChat: Aifaner (идентификатор WeChat: ifanr), более интересный контент будет предоставлен вам как можно скорее.

Ai Faner | Исходная ссылка · Посмотреть комментарии · Sina Weibo