Na orbitu míří „šetrný“ satelit ze dřeva

Článek si také můžete poslechnout v audioverzi.

Výzkumníci z Kjótské univerzity v Japonsku ve spojení s dřevařskou společností Sumitomo Forestry připravili na cestu do kosmu celodřevěnou družici nazvanou LignoSat.

Satelit jen zkonstruovaný podle populárního standardu malých družic nazvaného CubeSat. Jde tedy o krychli s hranou o délce 10 centimetrů. Rozdíl je v tom, že v tomto případě není zařízení z kovů a plastů, ale převážně z magnoliového dřeva, byť konstrukce rámu je hliníková. Dřevěné díly jsou vyrobené tak, aby do sebe zapadaly, nejsou tedy ani lepené, ani spojené kovovými součástkami.

Dřevo se může zdát pro stavbu satelitu jako ne úplně vhodný materiál –⁠⁠⁠⁠⁠⁠ už kvůli tomu, že tak dobře hoří. Ale to ve skutečnosti nemusí být tak nežádoucí vlastnost, jak by si laik možná představoval. Využití tohoto materiálu by mohlo pomoci zvládnout problém s rychlým nárůstem družic nad našimi hlavami.

Odhaduje se, že na zemské orbitě místo stávajících necelých 10 tisíc satelitů bude v dohledné době kroužit několik desítek tisíc družic. V současnosti je na oběžné dráze zatím jen první „superkonstalace“, tedy zhruba 5500 satelitů systému Starlink společnosti SpaceX. Další podobné systémy se ovšem chystají.

Ne že by se oběžné dráhy pak zaplnily; hlavní problém je však kosmické smetí. Většina budoucích satelitů se bude pohybovat na nízké oběžné dráze a bude mít poměrně krátkou životnost přesně jako družice Starlink. Ty na oběžné dráze mají vydržet podle očekávání zhruba tři až sedm let.

Po skončení životnosti bude postupně padat do atmosféry, aby na orbitě nezacláněly. Vědci přitom již delší dobu upozorňují, že při shoření satelitů v atmosféře, což je častý způsob, jakým se zařízení z oběžné dráhy „uklízí“, dochází k uvolňování látek, u nichž existuje riziko, že mohou negativně ovlivňovat ozonovou vrstvu a potažmo světové klima.

Nikdy nešlo o důležitý problém. Satelity tvořily zanedbatelnou část potenciálně nebezpečného materiálu v porovnání s tím, co se uvolní při hoření meteoritů, případně i při vulkanických erupcích nebo různých druzích lidmi způsobeného znečištění. S rostoucím počtem umělých družic se to ovšem začíná měnit.

Satelity navíc obsahují o dost problematičtější 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.

Až se družice LignoSat po šesti měsících až roce provozu zřítí zpět na Zemi, magnolie kompletně shoří a bude uvolňovat pouze vodní páru a oxid uhličitý, řekl pro časopis Nature Takao Doi, 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 se hodí jako materiál pro kryty antén.

Návrh, výroba, vypuštění a provoz družice LignoSat bude stát přibližně 191 tisíc amerických dolarů (cca čtyři miliony korun). Senzory na palubě budou vyhodnocovat namáhání dřeva, teplotu, geomagnetické síly a kosmické záření a také přijímat a vysílat rádiové signály.

Družice 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 mohlo by sloužit jako materiál pro stěny nebo vnější pláště vesmírných habitatů všeho druhu, doufají někteří.

Jde také 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 také budoucích vesmírných lodí či stanic 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 tento „štít“ ovšem chybí.

Tým 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 zkouší 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.

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 měla poruchu, minula Měsíc a dnes obíhá kolem Slunce).

První skutečně celodřevěný satelit také málem zamířil na oběžnou dráhu už před několika lety. V roce 2021 finské vědecké centrum zkušebně poslalo do stratosféry prototyp satelitu WISA Woodsat s pouzdrem kompletně vyrobeným z dřevěné překližky.

Stejně jako současný japonský LignoSat i finská družice měla standardizované rozměry třídy malých satelitů známých jako CubeSat. Šlo tedy o krychli s hranou dlouhou 10 centimetrů. Celá družice vážila asi jeden kilogram.

O výrobu a zušlechtění překližky se 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 se ovšem do vesmíru nikdy nedostal. Měl startovat v roce 2022 na palubě nosiče Electron společnosti Rocket Lab z jejího komerčního kosmodromu Mahia Peninsula na Novém Zélandu. Nikdy k němu ovšem nedošlo.