Vědci představili první dřevěnou družici, která má zkoumat možnost využití tohoto přirozeného materiálu ve vesmíru. Měl by pomoci řešit problém kosmického „smetí“ — až doslouží, shoří.
Výzkumníci z Kjótské univerzity v Japonsku a tokijská dřevařská společnost Sumitomo Forestry koncem května předvedli družici nazvanou LignoSat. Zhruba 20cm krychle je vyrobena z panelů z magnóliového dřeva a má hliníkový rám, solární panely, desky s obvody a senzory. Panely využívají japonské metody spojování dřeva, které se nespoléhají na lepidlo ani na kovové spoje.
Dřevo se může na první pohled zdát jako neintuitivní pro použití ve vesmíru, protože je hořlavé, nicméně tato vlastnost může být pro daný účel naopak žádoucí. Mohlo by totiž pomoci zvládnout druhotný problém, který rostoucí využití vesmíru přináší. Na oběžné dráze totiž satelitů velmi rychle přibývá a žádný z nich neslouží věčně.
Na oběžné dráze je už i první „superkonstalace“ satelitů, tedy zhruba 5 500 satelitů systému Starlink společnosti SpaceX. Další podobné systémy se chystají a počty satelitů na oběžné dráze vyrostou ze stávajících necelých 10 tisíc v dohledné době několikanásobně. Většina z nich se přitom bude pohybovat na nízké oběžné dráze a bude mít poměrně krátkou životnost, přesně jako družice systému Starlink. Ty mají na oběžné dráze podle očekávání sloužit zhruba 3—7 let.
Aby se omezil problém s kosmickým „smetím“ poletujícím kolem Země, ohrožujícím kosmické lodě a vesmírné stanice, raketové nosiče i satelity, záměrně je většina umělých vesmírných objektů poté, co doslouží, naváděna do zemské atmosféry, kde shoří. Vědci přitom roky upozorňují, že při shoření satelitů v atmosféře dochází k uvolňování látek, u nichž existuje riziko, že mohou negativně ovlivňovat ozonovou vrstvu a klima.
Doposud nešlo o akutní problém, satelity tvořily jen zanedbatelnou část potenciálně nebezpečného materiálu v porovnání s tím, co se uvolní při hoření meteoritů, případně při vulkanických erupcích nebo různých druzích lidmi způsobeného znečištění. S rostoucím počtem umělých družic se to ovšem začíná měnit.
Satelity navíc obsahují problémovější látky než například meteority. Vzhledem k jejich složení s vysokým obsahem kovů je vyšší pravděpodobnost, že shoří právě až v nižších patrech atmosféry poblíž ozonové vrstvy.
Odolné řešení?
Až se družice LignoSat po šesti měsících až roce provozu zřítí k Zemi, magnólie kompletně shoří a bude uvolňovat pouze vodní páru a oxid uhličitý, řekl pro časopis Nature Takao Doj, astronaut a inženýr z Kjótské univerzity, který je členem výzkumného týmu.
Dřevo má podle něj a dalších členů týmu i další výhody: dobře odolává drsnému prostředí vesmíru a neblokuje rádiové vlny, takže je vhodným materiálem i pro kryty antén.
Návrh, výroba, vypuštění a provoz družice LignoSat bude stát přibližně 191 tisíc USD (cca 4 miliony Kč). Senzory na palubě budou vyhodnocovat namáhání dřeva, teplotu, geomagnetické síly a kosmické záření a také přijímat a vysílat rádiové signály.
Družice už byla předána Japonské agentuře pro výzkum vesmíru (JAXA). V září by se měla vydat na cestu k Mezinárodní vesmírné stanici (ISS), odkud pak má být v listopadu letošního roku vypuštěna na oběžnou dráhu.
Nejen autoři projektu budou výsledky sledovat se zájmem. Dřevo má mimo jiné dobré ochranné vlastnosti proti kosmickému záření, a někteří proto doufají, že by mohlo časem sloužit také jako materiál pro stěny nebo vnější pláště vesmírných habitatů všeho druhu.
Jde navíc o účinný izolant (špatně přenáší teplo), takže umožňuje dobrou regulaci teplot uvnitř daného objektu a vytváří příjemné vnitřní prostředí. Což je ve stísněných podmínkách současných a budoucích vesmírných lodí či stanic rovněž ceněná vlastnost.
Z hlediska klasifikace materiálu patří dřevo mezi kompozity. Jeho hlavní složkou je celulóza, kterou drží pohromadě lignin, což je druh organického polymeru. V leteckém a kosmickém průmyslu se používá celá řada kompozitů, protože látky z této skupiny mohou mít velmi dobrý poměr hmotnosti a pevnosti.
Na druhou stranu, o chování dřeva v podmínkách kosmického prostředí zatím víme velmi málo. Někteří odborníci se například obávají, že dřevo budou ničit částice kosmického záření s vyššími energiemi. Na Zemi velké nebezpečí nepředstavují, protože je zastaví z drtivé části atmosféra, na oběžné dráze však tento „štít“ chybí.
Tým ale tvrdí, že vliv částic s vysokými energiemi ověřoval v podmínkách pozemských laboratoří a nemá z něj velké obavy. Podle nich by si dřevo i bez ochrany zemské atmosféry mohlo v některých případech zachovat vlastnosti velmi dlouhou dobu, možná tisíce let.
Vypadá to na pohled přesvědčivě a podobným způsobem se zkoušejí i jiné satelity, takže nejde o žádnou nedůvěryhodnou novinku. V případě tak nezvyklé technologie si ovšem nepochybně řada odborníků raději počká na výsledky z oběžné dráhy.
Pokusy už tu byly, ale marné…
Pro využití dřeva při konstrukci satelitů existuje určitý precedent. Měsíční sonda NASA Ranger 3 vypuštěná v roce 1962 měla plášť z balsového dřeva, který měl chránit její kapsli při přistání na měsíčním povrchu. Sonda však měla poruchu, minula Měsíc a obíhá kolem Slunce.
Na oběžnou dráhu Země měl později jako první, skutečně celodřevěný satelit zamířit počin finských vědců. V roce 2021 finské vědecké centrum dokonce zkušebně poslalo do stratosféry prototyp satelitu WISA Woodsat s pouzdrem kompletně vyrobeným z dřevěné překližky. Stejně jako současný japonský LignoSat měla i finská družice standardizované rozměry třídy malých satelitů známých jako CubeSat. Šlo tedy o krychli s hranou dlouhou 10 cm. Celá družice měla hmotnost asi 1 kg.
O výrobu a zušlechtění překližky se tehdy postarala jedna z největších firem v oboru UPM Plywood. Dřevo prošlo sušením v termální vakuové komoře, následně dostalo speciální ochrannou vrstvu z oxidu hlinitého, která by měla bránit korozi z postupně se uvolňujícího a rozkládajícího se kyslíku.
Satelit měl startovat v roce 2022 na palubě nosiče Electron společnosti Rocket Lab z jejího komerčního kosmodromu Mahia Peninsula na Novém Zélandu. Start se ovšem nakonec neuskutečnil a malá družice se na oběžnou dráhu nikdy nepodívala.