出 品：科普中國(guó)
作 者：蘭順正
策 劃：宋雅娟 涂子怡
監(jiān) 制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部
木殼衛(wèi)星上太空，究竟靠不靠譜？在2021年12月31日據(jù)日本共同社報(bào)道，日本京都大學(xué)(Kyoto University)和住友林業(yè)公司(Sumitomo Forestry)表示，兩者正在推進(jìn)計(jì)劃，爭(zhēng)取2023年發(fā)射全球首顆木制人造衛(wèi)星。
鋁殼衛(wèi)星危害多
近年來(lái)，越來(lái)越多的衛(wèi)星被用于導(dǎo)航、預(yù)報(bào)以及互聯(lián)網(wǎng)等服務(wù)。據(jù)麻省理工學(xué)院的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2025年每年約有1100顆衛(wèi)星發(fā)射。但是衛(wèi)星在給人類(lèi)帶來(lái)便利的同時(shí)，各種問(wèn)題也隨之而來(lái)，如按照世界經(jīng)濟(jì)論壇的研究，目前有近 6000顆衛(wèi)星繞地球運(yùn)行，可其中約60%已經(jīng)失去功能，在未來(lái)幾年中可能還會(huì)有成千上萬(wàn)顆報(bào)廢衛(wèi)星繼續(xù)飄在軌道上。
太空垃圾早已成為大問(wèn)題
現(xiàn)在大多數(shù)衛(wèi)星材料主要使用鋁、凱夫拉和鋁合金，這些材料都可以幫助衛(wèi)星在真空中承受極端溫度和不斷的輻射轟擊。但是在衛(wèi)星報(bào)廢后，這層“金剛不壞之身”也使失靈衛(wèi)星長(zhǎng)期滯留在在軌道上，從而導(dǎo)致繞地球運(yùn)行的太空垃圾數(shù)量不斷增加。這些太空垃圾的移動(dòng)速度非常快，因此可能會(huì)對(duì)其他衛(wèi)星和載人航天任務(wù)構(gòu)成了重大威脅。
同時(shí)，即使報(bào)廢衛(wèi)星最終重返大氣層，衛(wèi)星中使用的鋁也會(huì)在返回地球時(shí)碎裂，產(chǎn)生數(shù)百或數(shù)千個(gè)微小的氧化鋁顆粒，這些顆粒會(huì)飄浮在高層大氣中多年，由于氧化鋁顆粒會(huì)反射太陽(yáng)光，有可能造成地球氣溫下降等環(huán)境問(wèn)題。
木殼衛(wèi)星潛力大
而如果衛(wèi)星采用木質(zhì)外殼的話，乍一聽(tīng)似乎不靠譜，但木材可以很結(jié)實(shí)，有彈性，也可以很輕。研究表明，木材可以承受太空中的極端溫度（-150-150℃），并且不會(huì)受到近真空條件的明顯影響。木質(zhì)衛(wèi)星在運(yùn)用完畢后可在大氣層燃盡，不會(huì)向大氣中釋放有害物質(zhì)，也不會(huì)有碎片落在地面上造成危險(xiǎn)，對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)較小。同時(shí)由于木材不會(huì)屏蔽電磁波，因此可把天線放在內(nèi)部，具有材料費(fèi)便宜、容易加工的優(yōu)點(diǎn)，可以有效降低衛(wèi)星的制作與發(fā)射成本。
木殼衛(wèi)星既廉價(jià)又環(huán)保
在2020年12月30日本住友林業(yè)公司與京都大學(xué)宣布合作開(kāi)發(fā)一個(gè)項(xiàng)目，以測(cè)試將木材用作人造衛(wèi)星組成部分的設(shè)想。當(dāng)時(shí)的報(bào)道稱(chēng)，該項(xiàng)目將始于在極端環(huán)境下測(cè)試不同類(lèi)型木材的實(shí)驗(yàn)。在2021年4月，住友林業(yè)表示該公司已經(jīng)開(kāi)始研究樹(shù)木生長(zhǎng)情況和木質(zhì)材料在太空中的應(yīng)用，并將致力于開(kāi)發(fā)耐高溫的木質(zhì)材料。同時(shí)，京都大學(xué)負(fù)責(zé)研究不同類(lèi)型的木材，并在地球上各種極端天氣條件下對(duì)它們進(jìn)行測(cè)試。
除了日本外，歐洲也在進(jìn)行著相關(guān)的研究。在2021年6月歐空局宣布它將為第一顆木制衛(wèi)星(WISA Woodsat)送入軌道提供支持。資料顯示，WISA Woodsat是一個(gè)10x10x10厘米的CubeSat納米衛(wèi)星，由標(biāo)準(zhǔn)化的盒子建成。這顆衛(wèi)星的服務(wù)面板是由膠合板制成，而衛(wèi)星上唯一的非木質(zhì)外部部件，則是用于部署到太空的角形鋁軌和一個(gè)金屬自拍桿。該衛(wèi)星的制造商稱(chēng)，衛(wèi)星所使用的膠合板就是普通樺木。但為了其在太空中使用，木材被放置在熱真空室中進(jìn)行干燥，并使用原子層沉積法沉積了一個(gè)非常薄的氧化鋁層，以盡量減少木材在太空中產(chǎn)生的不必要的蒸汽。此外在衛(wèi)星所使用的傳感器中，還包含一個(gè)用于監(jiān)測(cè)在軌道上發(fā)射后幾小時(shí)和幾天內(nèi)星載空腔局部壓力的壓力傳感器。
根據(jù)此次的報(bào)道，住友林業(yè)公司與京都大學(xué)計(jì)劃制造的是邊長(zhǎng)約10厘米的立方體小型衛(wèi)星，其采用以木材與太陽(yáng)能電池覆蓋外側(cè)的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部放置電子線路板等。按照計(jì)劃，二者將于2022年2月啟動(dòng)把木材暴露在太空中并確認(rèn)持久性的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)將把硬度各異的厚樸木蘭、山櫻、岳樺的木板安裝在國(guó)際空間站（ISS）外的實(shí)驗(yàn)裝置上，在太空中暴露約9個(gè)月，調(diào)查極限環(huán)境下的木材劣化狀況。另外，研究團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃向日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）推介該木制人造衛(wèi)星。
軍事小詞典
太空垃圾危害：試驗(yàn)表明，直徑3.6毫米的鋁彈丸在6.22千米/秒左右的速度下就能擊穿50毫米厚的鋁蜂窩板，而且空間碎片撞擊衛(wèi)星的平均速度可達(dá)10千米/秒，所以毫米級(jí)碎片不但對(duì)星外設(shè)備構(gòu)成重大威肺，還對(duì)星內(nèi)設(shè)備造成威脅，特別是一些對(duì)撞擊敏感的電子設(shè)備儲(chǔ)能設(shè)備等。
來(lái)源： 科普中國(guó)-軍事科技前沿
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評(píng)論