Werden Satelliten aus Holz zu “Retter” von Weltraummüll?

Vor kurzem hat das japanische Unternehmen Sumitomo Forestry mit der Universität Kyoto zusammengearbeitet, um gemeinsam einen neuen Satellitentyp " LignoSat " zu entwickeln, und plant, ihn 2023 zu starten.

Das größte Merkmal ist, dass Holzmaterialien verwendet werden, um die Hülle des Satelliten herzustellen.

Gegenwärtig bestehen die meisten Satellitenschalen aus Verbundwerkstoffen wie Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen oder Kohlenstofffasern, um sicherzustellen, dass die internen Komponenten unter extremen Umgebungen normal funktionieren können.

Sobald ein Satellit seine Mission erfüllt oder seine Nutzungsdauer überschreitet, wird er wahrscheinlich direkt aufgegeben und wird zu "Weltraummüll", der in einer erdnahen Umlaufbahn schwimmt.

Was ist der Unterschied zwischen einem Satelliten aus Holz?

In einem Interview mit der BBC sagte der ehemalige japanische Astronaut und Professor der Kyoto-Universität Doi Takao Doi, der an dem Projekt teilgenommen hatte, dass der Satellit, wenn er umkreist und in die Atmosphäre zurückkehrt und brennt, sich in viele winzige Aluminiumoxidpartikel zerstreuen wird. Im Laufe der Zeit werden sich diese Partikel auflösen Auswirkungen auf die Umwelt der Erde.

Holzsatelliten haben diese versteckte Verschmutzungsgefahr nicht. Im Vergleich zu allen Arten von Metallen können Holzmaterialien von der Atmosphäre leichter verbrannt werden und produzieren keine großen Trümmerstücke, die eine Bedrohung für den Boden darstellen.

Darüber hinaus erwähnte Nikkei Asia auch einen Vorteil von "Holzsatelliten", der der Kommunikation förderlich ist. Da das Holz selbst das Signal nicht wie Metall blockiert, kann es elektromagnetische Wellen direkt durchlassen. Auf diese Weise kann die Satellitenantenne im Inneren platziert werden, und das Holz selbst ist auch leichter und der Satellit kann kompakter gestaltet werden. Kompakter.

Laut der offiziellen Erklärung der Sumitomo Forestry Company befindet sich das Projekt derzeit in der Forschungsphase und wird erst später mit dem Teil des Satellitendesigns fortfahren. Unter ihnen ist die Sumitomo Forestry Association hauptsächlich für die Anwendung von Holzmaterialien im Weltraum verantwortlich und entwickelt gleichzeitig Holzmaterialien, die gegen hohe Temperaturen beständig sind.

Gleichzeitig wird die Kyoto University, ein Partner von Sumitomo Forestry, die Testsitzung leiten, um zu überprüfen, ob das Holz den Tests in verschiedenen Extremszenarien standhält. Zum Beispiel in einer Vakuumumgebung die mechanischen Eigenschaften von Holz und das Wachstum von Bäumen unter geringer Schwerkraft und niedrigem Druck.

Hier ist übrigens eine japanische Sumitomo Forestry Company. Es ist kein gewöhnlicher Baustoffentwickler, sondern eine jahrhundertealte Fabrik in Japan. 1991 wurde ein spezielles Forschungsinstitut mit Holzmaterialien als Kern gegründet, um die Anwendbarkeit in verschiedenen Bereichen zu untersuchen.

Neben dem Gedanken, Holz für den Bau von Satelliten zu verwenden, haben wir bereits früher berichtet, dass Sumitomo Forestry plant, bis 2041 einen 350 Meter hohen, 70-stöckigen " hölzernen Wolkenkratzer " zu bauen, was eine weitere mutige Idee sein kann.

Wenn der Satellitenplan erfolgreich abgeschlossen wurde, werden die Ergebnisse auch den Bauprojekten von Sumitomo Forestry helfen.

Machen Sie Holz hart wie Metall

Holz ist eines der frühesten Materialien, mit denen Menschen in Kontakt kommen, und es ist auch eine der wenigen Ressourcen, die wir aus der Natur gewinnen und kontinuierlich regenerieren können. Die weitere Nutzung seines Wertes und Potenzials wird weit mehr als traditionelle Kategorien wie Architektur und Möbel profitieren.

Im Jahr 2018 veröffentlichten Forscher der University of Maryland eine Studie , in der massives Naturholz erfolgreich in ein Hochleistungsbaustoff umgewandelt wurde, der im Grunde genommen hart wie Metall ist.

Laut einem damaligen Bericht in der Zeitschrift "Nature" gossen die Forscher Holz zuerst in konzentrierte Wasserstoffperoxidflüssigkeit, kochten es dann, um einen Teil des Lignins und der Cellulose im Holzmaterial zu entfernen, und führten dann ein mechanisches Hitzepressen bei ultrahoher Temperatur durch. Das Holz ist verdichtet , seine Dichte hat das Dreifache des Originals erreicht, aber die Härte hat sich um das Zehnfache erhöht.

Nach dem Testen hat das behandelte "Superholz" die Festigkeit, die den meisten Strukturmetallen und Legierungen entspricht. Das Forscherteam versuchte auch, das Holz mit einer Schnellarbeitsstahlsäule zu schießen, in die das unbehandelte Holz vollständig eingedrungen war. Das Superholz verlangsamte effektiv die Feuerrate, und das Superholz mit mehreren Schichten blockierte die Säule weiter. intern.

Dies zeigt auch, dass wir durch die Verbesserung von Bauteilen Holz tatsächlich mit reicheren Eigenschaften ausstatten und sogar neue Eigenschaften entwickeln können.

Ein weiterer Vorteil von Superholz sind die Kosten. Laut wissenschaftlichen Forschern ist die Schutzfähigkeit von Superholz im Vergleich zu Kevlar-Faserplatten gleicher Dicke etwas schwächer, aber die Kosten betragen nur etwa 5% von Kevlar. Wenn es in Bau-, Transport- und anderen Bereichen verwendet wird, werden die Kosten zweifellos erheblich erhöht. reduzieren.

Gleiches gilt für die neuen Holzsatelliten. Durch die Umstellung der Schale von Luft- und Raumfahrtmaterialien auf neue Holzarten können auch die Herstellungskosten, das Gewicht und das Volumen erheblich gesenkt werden.

Für den Start von Satelliten in den Weltraum entspricht die Härte jedoch nur dem Standard und kann möglicherweise nicht den Anforderungen entsprechen. Was wir am häufigsten sagen, ist die Beständigkeit gegen hohe und niedrige Temperaturen, die Korrosionsbeständigkeit und die längere Lebensdauer, für deren Überprüfung noch tatsächliche Tests erforderlich sind.

Wie ernst ist der Weltraummüll jetzt

Da immer mehr Satelliten in die erdnahe Umlaufbahn gebracht werden, ist Weltraummüll zu einem zunehmend ernsten Problem geworden.

Einige Leute sagen gerne, dass sich die größte Müllkippe der Welt nicht auf der Erde befindet, sondern in einer erdnahen Umlaufbahn.

Dies hängt auch mit dem Satellitenstart zusammen. Die Rakete wird vom Startzentrum aus gestartet und dann Schritt für Schritt verstärkt. Der erste und der zweite Booster, die nur Kraftstoff verwenden, trennen sich vom Raketenkörper und fallen auf die Erdoberfläche zurück. Einige werden direkt in der dichten Atmosphäre verbrannt.

Ein beträchtlicher Teil des Raketenwracks oder der Verkleidung wurde jedoch im Weltraum zurückgelassen, konnte nicht entsorgt werden und wurde zu dem, was wir "Weltraummüll" nennen.

Kann der von Japan diesmal ins Auge gefasste Holzsatellit das Problem des "Weltraummülls" lindern? Einige Weltraumbegeisterte haben immer noch eine negative Einstellung.

Ihrer Ansicht nach sind die Vorteile von Holzsatelliten kostengünstig, leicht zu verbrennen und hinterlassen keine schädlichen Elemente. Die beiden letztgenannten Vorteile können jedoch nur realisiert werden, wenn sie nach dem Desorbieren in die Atmosphäre gelangen.

Wenn der Satellit selbst nicht aktiv desorbieren kann, wird der Holzsatellit dennoch Teil des Weltraummülls.

Stellen Sie sich vor, ein Stück Holz mit einer Härte, die mit Luftfahrtmaterialien vergleichbar ist und mit Umlaufgeschwindigkeit fliegt, unterscheidet sich in seiner Schlagkraft nicht von einer Aluminiumlegierung, die der eines Flugzeugs entspricht, das einen Vogel trifft.

Wie Satelliten aktiv und passiv aus dem Orbit entfernt und Orbitressourcen gespart werden können, ist nach wie vor die Hauptmethode für den Umgang mit Weltraummüll. Es gibt auch Raketenwiederherstellungstechnologien wie die Entwicklung von SpaceX, um mehr Weltraummüll zu vermeiden.

Im vergangenen Jahr hatte Chinas Chang'e 5 einen "kontrollierten Landungsprozess außerhalb der Umlaufbahn", der es dem zum Mond zurückkehrenden Aufsteiger ermöglichte, auf der Mondoberfläche abzustürzen, ihn daran zu hindern, die Umlaufbahn zu besetzen und zu Weltraummüll zu werden, was sich auf nachfolgende Erkundungsprogramme des menschlichen Mondes auswirkte .

Und diese Wracks, die sich nicht mehr bewegen können, können nur durch äußere Kräfte gelöst werden. Im Jahr 2018 versuchte ein von der Europäischen Weltraumorganisation geleitetes RemoveDEBRIS- Projekt, mithilfe von "Weltraumfischernetzen" Trümmer im Orbit einzufangen und aus dem Orbit in die Atmosphäre zu bringen.

Im Jahr 2016 versuchte Japans Müllsammler "Crane" auch, eine Metallkette zu verwenden, um die Trümmer aufzunehmen und zu verlangsamen.

Im Allgemeinen gibt es ziemlich viele Programme zur Bereinigung von Weltraummüll, aber nicht viele haben signifikante Ergebnisse erzielt.

Denn selbst mit der richtigen Technologie stehen solche Projekte oft vor einem anderen Problem, und das sind die Kosten. Gegenwärtig sind die meisten Weltraumprojekte eher bereit, Geld für wissenschaftliche Forschung und Erforschung auszugeben als für die Verarbeitung von Müll. Dies ist ein Symbol für nationale Stärke und eine neue Chance für Unternehmen.

Laut Statistik befinden sich heute mehr als 100 Millionen Teile von Weltraummüll in der erdnahen Umlaufbahn, von denen die meisten nur Zentimeter breit sind und überhaupt nicht verfolgt werden können.

Aber selbst wenn die Trümmer nur 1 cm lang sind und ihre Umlaufgeschwindigkeit Zehntausende von Kilometern pro Stunde erreicht, wird sie dem Space Shuttle oder dem in Betrieb befindlichen Satelliten schreckliche zerstörerische Kraft verleihen. Daher entwickeln viele Luft- und Raumfahrtfahrzeuge jetzt schlagfeste Abschirmungen, um die Ausrüstung selbst zu schützen.

Wenn Holzsatelliten in Zukunft erfolgreich arbeiten wollen, muss auch das Problem der Abschirmung berücksichtigt werden.

Andererseits werden immer mehr Satelliten auf der Erdoberfläche gestartet. Der MIT-Bericht zeigt , dass bis 2025 schätzungsweise 1.100 Satelliten jedes Jahr von der Erde in den Weltraum geschickt werden und 2018 nur etwa 360 Satelliten neu gestartet werden.

1978 erwähnte der Astrophysiker Donald Kessler (Donald Kessler) eine Hypothese. Er glaubt, dass zu viele Flugobjekte in der erdnahen Umlaufbahn aufgrund eines Aufpralls eine Reihe von Stößen verursachen und unzählige Trümmer eine "Müllzone" um die Erde bilden, die es dem Menschen unmöglich macht, Raumschiffe zu starten Im Weltraum.

Heute wird diese Hypothese auch als "Kessler-Effekt" bezeichnet. Wenn Sie nicht möchten, dass Weltraummüll zu einem "Käfig" für die Erde wird, müssen sich die Menschen früher oder später diesen Problemen direkt stellen.

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