صواريخ الألمنيوم وناطحات السحاب الفولاذية؛ حافلات مكوكية ملساء عالية السرعة وواجهات زجاجية: هكذا تم تصور “المستقبل” لعقود من الزمن.
لكن هذا ليس ما يتخيله كوجي موراتا. كان موراتا، وهو باحث في جامعة كيوتو في اليابان، يستكشف كيفية استخدام المواد البيولوجية في الفضاء.
وتساءل موراتا عما إذا كان “يمكنه بناء منزل خشبي على القمر أو المريخ”، وقرر اختبار النظرية من خلال إنشاء قمر صناعي خشبي.
وجدت الأبحاث الحديثة التي أجرتها الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) أن 10% من الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير يحتوي على جزيئات معدنية من المركبات الفضائية، بما في ذلك الأقمار الصناعية. إن التأثير طويل المدى لهذه الشظايا المعدنية غير معروف، لكن العلماء يشعرون بالقلق من أنها قد تلحق الضرر بطبقة الأوزون الهشة للأرض.
يقول موراتا إن الأقمار الصناعية الخشبية ستكون أفضل لكوكب الأرض، بينما لا تزال توفر نفس الوظائف التي توفرها نظيراتها المعدنية.
“في نهاية حياتها، تعود الأقمار الصناعية إلى الغلاف الجوي. الفرق هو أن الخشب الموجود في LingoSat سوف يحترق ويتحول في النهاية إلى غاز، في حين تصبح المعادن جزيئات دقيقة بدلاً من ذلك،» كما يقول موراتا.
إنه ليس مجرد حلم كاذب: لقد عمل موراتا وفريقه على المشروع لمدة أربع سنوات وأرسلوا عينات خشبية إلى الفضاء في عام 2021 لاختبار مرونة المادة في مواجهة ظروف الفضاء.
والآن، يعملون مع وكالة الفضاء اليابانية (JAXA) ووكالة ناسا لإرسال النموذج الأولي للقمر الصناعي، المسمى LingoSat، إلى مداره في أوائل العام المقبل.
ماجنوليا، الكرز و البتولا
بالنسبة لموراتا، الذي يرأس مشروع الخشب الفضائي في جامعة كيوتو، يعتبر الخشب خيارًا واضحًا للهياكل الفضائية.
“عندما تستخدم الخشب على الأرض، تواجه مشاكل الاحتراق والتعفن والتشوه، لكن في الفضاء، لا تواجه هذه المشاكل: لا يوجد أكسجين في الفضاء، لذلك لا يحترق، ولا توجد كائنات حية يقول: “يعيش فيها، حتى لا يتعفن”.
ويضيف موراتا أن قوة الخشب بالنسبة لوزنه هي نفس قوة الألومنيوم، مما يجعله أيضًا خيارًا مقنعًا لبناء الفضاء، وقد وجدت اختبارات الفريق التي أجريت في محطة الفضاء الدولية أن الخشب يتمتع بمرونة ملحوظة في الفضاء الخارجي.
بالنسبة للقمر الصناعي، اختبر موراتا ثلاثة أنواع من الأخشاب: خشب بتولا إيرمان – الذي يوجد بشكل شائع في شرق آسيا – والكرز الياباني والماجنوليا أوبوفاتا – وهو نوع موطنه اليابان. في حين أن أشجار السرو والأرز هي أنواع الأخشاب الأكثر شيوعًا في البناء، إلا أن الفريق “اختار المواد التي يمكنها تحمل أكبر قدر ممكن من العمل التفصيلي”، بسبب صغر حجم الأقمار الصناعية، كما يقول موراتا.
وفي النهاية، فاز خشب الماغنوليا، لأن خلاياه صغيرة وموحدة الحجم، مما يجعل العمل بالخشب أسهل وأقل عرضة للانقسام أو الكسر، كما يقول.
الأقمار الصناعية المستدامة
أطلق البشر الأقمار الصناعية في المدار منذ الخمسينيات من القرن الماضي، حيث تم إطلاق ما يصل إلى 100 مركبة فضائية كل عام حتى عام 2010. ولكن على مدار العقد الماضي، أصبح الوصول إلى عمليات الإطلاق التجارية أكثر سهولة وزاد هذا العدد بشكل كبير، متجاوزًا 1400 قمر صناعي جديد في عام 2021. ومع من المرجح أن يزداد عدد الصواريخ المرسلة إلى الفضاء، وتوقعت أبحاث الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) أنه في العقود المقبلة، يمكن أن يحتوي ما يصل إلى نصف الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير على جزيئات معدنية من المركبات الفضائية.
وتتطلع منظمات أخرى أيضًا إلى استخدام الخشب في الفضاء.
صممت شركة Arctic Astronautics الفنلندية الناشئة WISA Woodsat، وهو قمر صناعي خشبي كان من المفترض إطلاقه إلى الفضاء في عام 2021. ومع ذلك، يقول مؤسس الشركة Jari Mäkinen إن الإطلاق قد تم تأجيله بسبب العقبات البيروقراطية.
وقال ماكينين لشبكة CNN في رسالة بالبريد الإلكتروني: “القمر الصناعي جاهز، في انتظار تجميع القطع معًا مرة أخرى عندما يحين الوقت”، مضيفًا أنه بمجرد حصول الشركة على ترخيص العمليات الفضائية، سيتم إطلاق القمر الصناعي باستخدام خدمة مشاركة الصواريخ الخاصة RocketLab.
في جامعة خليفة في الإمارات العربية المتحدة، يدرس مهندس الطيران يرجان عبد الصمد الجرافين باعتباره مادة محتملة للأجسام الفضائية.
يقوم صمد باستكشاف “خشب النانو” – وهو خشب منخفض الكثافة ممزوج بالجرافين لتحسين قوته. ويتفق صمد مع موراتا على أن الخشب، باعتباره مادة متجددة ومنخفضة الكثافة، لديه القدرة ليس فقط على بناء الأقمار الصناعية، بل أيضًا على بناء الهياكل الفضائية المستقبلية.
يقول صمد: “هناك العديد من الأبحاث (المشاريع) الجارية في مجال الزراعة الفضائية”. “إذا كان لدينا خشب مزروع في الفضاء، فيمكن استخدامه للتصنيع في الفضاء.”
ومع ذلك، لا يزال هناك الكثير من الأمور المجهولة بشأن الخشب في الهياكل الفضائية، كما يقول تاتسوهيتو فوجيتا، المهندس في وكالة استكشاف الفضاء اليابانية الذي شارك في مراجعة مشروع لينغوسات.
يقول فوجيتا: “إن استخدام الموارد الطبيعية للأجهزة الفضائية (أمر منطقي) من منظور أهداف التنمية المستدامة، ولكن بما أن الخشب لم يستخدم مطلقًا في الأقمار الصناعية، فلا يمكننا تحديد نوع الفائدة التي يمكننا الحصول عليها في هذه اللحظة”.
بالنسبة إلى وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) وبرنامج J-Cube، مبادرة إطلاق القمر الصناعي، فإن الأولوية هي السلامة – وقد اجتاز LingoSat تقييمه الأولي دون أي مخاوف حرجة، كما يقول فوجيتا. “تأمل وكالة استكشاف الفضاء اليابانية أيضًا في الحصول على مواد هيكلية أخف وأقوى وأقل احتمالية لتوليد الحطام، وتجري أبحاثًا لتحقيق هذا الهدف.”
إلى ما لا نهاية
يمر LingoSat بالمراحل النهائية من مراجعة السلامة ومن المتوقع إطلاقه في مهمة مشتركة بين JAXA وNASA في صيف عام 2024.. يقول موراتا إنهم سيراقبون القمر الصناعي لمدة ستة أشهر على الأقل، لمعرفة كيفية أدائه في ظروف الفضاء – مثل التغيرات الشديدة في درجة الحرارة في الفضاء.
وسيقوم الباحثون بمراقبة القمر الصناعي لمدة ستة أشهر على الأقل أثناء دورانه حول الأرض، كما هو موضح في هذا العرض. الائتمان: جامعة كيوتو
يقول موراتا: “لم يكن هناك انخفاض كبير في القوة من -150 إلى 150 درجة مئوية (-238 إلى 302 درجة فهرنهايت)، وقد أكدنا ذلك في تجاربنا”. “لكن القمر الصناعي يدور حول الأرض ويحدث هذه الاختلافات الهائلة في درجات الحرارة خلال 90 دقيقة. لا نعرف إلى أي مدى يمكن للقمر الصناعي أن يتحمل هذه الدورة المكثفة والمتكررة من اختلاف درجات الحرارة، لذلك يجب التحقيق في هذا الأمر.
وسيقوم الفريق أيضًا بمراقبة ردود أفعاله تجاه موجات الراديو والمجالات المغناطيسية، وكيف تحمي القشرة الخشبية أشباه الموصلات والرقاقة الخاصة بالقمر الصناعي.
من الناحية النظرية، يجب أن يكون الخشب مادة أرخص في التصنيع، على الرغم من أنه كتقنية جديدة، يقول موراتا إنهم ما زالوا يعملون على تحديد التكاليف.
ويقول موراتا إنه حتى الآن، تم استخدام القليل من المواد في المهمات والأجسام الفضائية. ويأمل أن يتمكن بحثه وLingoSat من إظهار إمكانيات المواد الأخرى ذات التأثير المنخفض.
يقول موراتا: “إنها مادة متجددة وصديقة للبيئة وصديقة للناس”. “أعتقد أنه يمكن استخدام الخشب في تطوير الفضاء، لا سيما كمادة داخلية ومواد للوقاية من الإشعاع، وللأقمار الصناعية الصغيرة والمركبات الفضائية المأهولة.”
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com