世界首顆木制衛星可能預示綠色太空探索時代來臨

研究人員上月公布了世界首顆木制衛星，稱其為在外太空更多地使用木材開辟了道路。他們說，這種材料將比傳統衛星中使用的金屬更可持續，污染更少。

據《自然》報道，5月下旬，日本京都大學和伐木公司住友林業的研究人員展示了這顆名為LignoSat的衛星。這個大約10厘米長的立方體由木蘭木面板制成，有鋁框架、太陽能電池板、電路板和傳感器。面板采用了日本細木工方法，不依賴膠水或金屬配件。

木材在太空中的使用似乎有悖常理，因為它是可燃的——但這種特性可能是可取的。為遏制日益嚴重的太空垃圾威脅航天器和空間站的問題，火箭級和衛星被故意投入地球大氣層燃燒。但在燃燒過程中，它們會釋放出鋁和其他金屬的顆粒。隨著更多的航天器計劃發射，科學家警告說，這種污染對環境的影響尚不清楚。

研究小組成員、京都大學宇航員和工程師Takao Doi說，當LignoSat在服役6個月到1年后返回地球時，木蘭木面板將完全焚燒，只釋放出水蒸氣和二氧化碳。他指出了木材的其他好處：它在惡劣的太空環境中具有彈性，不會阻擋無線電波，因此適合包裹天線。

使用木制部件的航天器也有先例。美國航空航天局（NASA）的“游騎兵3號”月球探測器于1962年發射，它有一個輕木外殼，用于在月球表面著陸時保護太空艙——然而，探測器出現故障，與月球擦肩而過，開始繞太陽運行。

LignoSat的設計、制造、發射和運營成本約為19.1萬美元。傳感器將評估木材的應變、溫度、地磁力和宇宙輻射，并接收和發送無線電信號。該衛星已移交給日本宇宙航空研究開發機構（JAXA），將于9月轉移到國際空間站，然后于11月發射入軌道。

該項目始于2020年。“在第一次對話中，Doi博士建議我們在月球上建造木制房屋。”團隊成員之一、京都大學農業研究生院生物材料設計實驗室的Koji Murata說，“我們還討論了在火星上用木材建造圓頂，以種植用材林的可能性。”

像所有的先驅者一樣，火星和月球的殖民者必須利用當地的材料，如風化層（表面的巖石物質）、二氧化硅和其他礦物質。但木材可以在臨時或永久住所的建造中發揮作用。Murata 指出，JAXA及其工業合作伙伴計劃開發部分由木材制成的避難所，以在南極洲或月球上使用。

“木材的天然輻射屏蔽特性可以有效地用于設計太空棲息地的墻壁或外殼，以提供保護。”未參與該項研究的澳大利亞斯溫伯恩理工大學工程材料專家Nisa Salim表示，“木材是一種有效的絕緣體，能夠調節溫度，最大限度地減少熱量傳遞，以保持舒適的室內環境。木材易于使用，可再生且可生物降解，符合太空探索的可持續發展目標。”

但Salim指出，木材的結構完整性、安全性和壽命需要在太空中得到證實。

未參與該研究的美國加利福尼亞州大學戴維斯分校材料工程師Scott J McCormack說，木材由纖維素組成，后者由木質素—— 一種有機聚合物黏合在一起，這使木材成為復合材料中自然存在的一員。復合材料經常用于航空航天工業，因此他對木材在衛星中的應用探索并不感到驚訝。

“復合材料是航空航天工業和衛星的理想選擇，因為它們的強度與重量比很高。”McCormack說，但他對木材在月球或火星上作為結構材料使用表示懷疑。“我首先想到的是銀河宇宙射線粒子（GCR）以及它如何隨著時間的推移而降低木材的機械性能。由于我們的大氣層，GCR對地球上的人來說并不是那么大的問題。”

但Murata表示，該團隊已經研究了NASA"好奇號"火星車對GCR和太陽高能粒子——從太陽釋放的高能粒子的測量數據，以及伽馬射線對地球上木材的影響。他認為火星上的木材可能會持續數千年。“火星上的輻射對包括人類在內的生物來說是一個大問題，但我認為這對木材來說不會是什么大問題。”