قد يكون النجارون على نفس القدر من الأهمية مثل المهندسين بالنسبة لمستقبل السفر إلى الفضاء، بينما يستعد العلماء لإطلاق أول قمر صناعي خشبي في العالم.
استبدل علماء يابانيون الألمنيوم بالخشب في تصميم قمر صناعي جديد من المقرر إطلاقه هذا الصيف.
سيكون القمر الصناعي، المسمى Lignosat، مصنوعًا من خشب ماجنوليا وسيكون بحجم الكوب تقريبًا.
وعلى الرغم من أن الأمر قد لا يبدو مستقبليا، فإن استخدام الخشب قد يساعد صناعة الفضاء على الحد من التلوث الضار.
إذا نجح القمر الصناعي الصغير، فقد يسمح للباحثين بالتفرع إلى مواد بناء أكثر صديقة للبيئة.
يخطط علماء يابانيون للتحول من المواد التقليدية إلى استخدام الخشب في قمر صناعي جديد سيتم إطلاقه هذا الصيف
سيكون Lignosat عبارة عن صندوق خشبي صغير مزود بألواح شمسية من الخارج ومعدات إلكترونية من الداخل.
سيتم إطلاقه إما على متن سفينة إمداد Orbital Sciences Cygnus إلى محطة الفضاء الدولية أو في مهمة مماثلة على متن SpaceX Dragon في وقت لاحق من العام.
بمجرد وصوله إلى المدار، سيعمل Lignosat لمدة ستة أشهر تقريبًا قبل السماح له بالاحتراق في الغلاف الجوي.
ويخطط الباحثون لإدراج عدد من التجارب على متن السفينة المصممة لمعرفة مدى قدرة الخشب على تحمل الظروف القاسية للفضاء.
في المدار الأرضي المنخفض، تتعرض الأقمار الصناعية لدرجات حرارة تتراوح من -85 درجة فهرنهايت (-65 درجة مئوية) إلى +257 درجة فهرنهايت (125 درجة مئوية) اعتمادًا على ارتفاعها وتعرضها للشمس.
ومكمن القلق هو أن الألواح الخشبية الموجودة في القمر الصناعي قد تتشوه أو تتشقق مع تغير درجة الحرارة.
ومع ذلك، أظهرت الأبحاث المبكرة أن الخشب المحفوظ في ظروف شبيهة بالفضاء في المختبر لم يظهر أي فقدان كتلة يمكن قياسه، أو علامات التحلل، أو التلف.
وبتشجيع من هذه النتائج، أرسل الباحثون عينات من أنواع مختلفة من الخشب إلى محطة الفضاء الدولية حيث تم احتجازها في الفضاء لمدة عام تقريبًا.
مرة أخرى، أظهر الخشب علامات قليلة جدًا من التحلل حتى بعد تعرضه لدرجات حرارة شديدة لمدة ضعف فترة التشغيل المقصودة للقمر الصناعي.
تم تعريض عينات الخشب المرسلة إلى محطة الفضاء الدولية (في الصورة) إلى الفضاء لمدة عام كامل، لكنها لم تظهر عليها علامات تلف أو تحلل كبيرة
وعزا كوجي موراتا، رئيس المشروع، ذلك إلى عدم وجود أكسجين أو كائنات حية في الفضاء يمكنها تحلل الخشب.
وقال السيد موراتا لصحيفة الأوبزرفر: “لقد أذهلتنا قدرة وود على تحمل هذه الظروف”.
وبعد مراجعة نتائج اختبارات محطة الفضاء الدولية، قرر العلماء صنع القمر الصناعي النهائي من خشب ماجنوليا.
بالمقارنة مع الأخشاب الأخرى التي تم اختبارها، مثل شجرة الكرز اليابانية، أثبتت شجرة الماجنوليا أنها الخشب المثالي لإنشاء قمر صناعي.
وفي بيان لها، كتبت جامعة كيوتو أن ماغنوليا أظهرت “قابلية تشغيل عالية، وثبات الأبعاد، والقوة الإجمالية”.
بالإضافة إلى أنها تحمل بعض الزهور الجميلة، وجد العلماء أن شجرة الماغنوليا (في الصورة) هي الخشب المثالي لصنع الأقمار الصناعية كونها قوية وسهلة العمل.
ويضيف السيد موراتا: “إن إحدى مهام القمر الصناعي هي قياس تشوه الهيكل الخشبي في الفضاء.
“الخشب متين ومستقر في اتجاه واحد ولكنه قد يكون عرضة لتغيرات الأبعاد والتشقق في الاتجاه الآخر.”
ولكن، بالإضافة إلى كونه أقوى مما قد تتوقع، يتمتع الخشب في الواقع ببعض المزايا المدهشة مقارنة بالمعادن.
لا يحجب الخشب الإشعاع الكهرومغناطيسي، بما في ذلك موجات الراديو المستخدمة للتواصل مع الأقمار الصناعية في المدار.
وهذا يعني أن الأقمار الصناعية الخشبية يمكنها الاحتفاظ بجميع هوائياتها ومعدات الراديو الخاصة بها في الداخل، مما يبسط تصميمها ويجعلها أكثر قوة.
ومع ذلك، فإن الميزة التي يهتم بها العلماء أكثر هي خصائص الخشب الصديقة للبيئة.
ويُعتقد أن هناك 10590 قمرًا صناعيًا في المدار اعتبارًا من سبتمبر من العام الماضي، ولا يزال حوالي 8800 منها يعمل.
ومن المتوقع أن تزداد هذه الكتلة المتزايدة من الفوضى الفضائية سوءًا في السنوات المقبلة، حيث تشير التقديرات إلى أنه سيتم إطلاق 2500 قمر صناعي آخر كل عام من الآن وحتى عام 2031.
يوجد الآن آلاف الأقمار الصناعية وقطع النفايات في المدار والتي قد تؤدي إلى إضافة جزيئات الألمنيوم الملوثة إلى الغلاف الجوي. تُظهر هذه الصورة مستويات النفايات الفضائية في مدار أرضي منخفض
كل هذا يضيف ما يقرب من 11000 طن من النفايات الفضائية التي تتجول فوق رؤوسنا.
وعلى الرغم من أن هذه مشكلة في حد ذاتها، إلا أن هناك مشكلة أخرى تطرح نفسها عندما تغادر هذه الأقمار الصناعية مدارها.
يقول تاكاو دوي، رائد فضاء ياباني ومهندس من جامعة كيوتو والذي يعمل في المشروع: “جميع الأقمار الصناعية التي تعود إلى الغلاف الجوي للأرض تحترق وتنتج جزيئات صغيرة من الألومينا، والتي سوف تطفو في الغلاف الجوي العلوي لسنوات عديدة.
وقال دوي لبي بي سي: “في نهاية المطاف، سيؤثر ذلك على بيئة الأرض”.
وجدت الأبحاث التي أجرتها جامعة كولومبيا البريطانية أنه عندما تحرق الأقمار الصناعية بقايا الألمنيوم فإنها تلحق أضرارا بالغة بطبقة الأوزون.
طبقة الأوزون عبارة عن غطاء من الغاز يغلف الكوكب، ويحجب الإشعاع الضار من الشمس ويحد من كمية ضوء الشمس التي تصل إلى الأرض.
ولتجنب إتلاف هذا الحاجز الوقائي أكثر من ذلك، يأمل المهندسون أن توفر الأقمار الصناعية الخشبية بديلاً مستدامًا.
وبدلاً من إنتاج جزيئات ضارة، تختفي الأقمار الصناعية الخشبية مثل ليجنوسات وسط نفخة من الدخان، ولا تترك وراءها سوى الرماد القابل للتحلل.