De la madera al reciclaje: soluciones “sostenibles” en el espacio

Un lanzamiento de la NASA y la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) está programado para los últimos meses de 2024. Será enviado a órbita. lignosatoEs un satélite fabricado en madera con forma de pequeño cubo.Cada lado mide diez centímetros: será transportado desde el Centro Espacial Kennedy en Florida a la Estación Espacial Internacional mediante un cohete SpaceX y posteriormente lanzado al espacio mediante el módulo experimental japonés Kibo. el dispositivo esta compuesto Fabricado con paneles de madera de magnolia utilizando métodos de unión japoneses que no utilizan pegamento ni accesorios metálicos, tiene un marco de aluminio, paneles solares, circuitos y sensores. Los sensores a bordo evaluarán la presión de la madera, la temperatura, las fuerzas geomagnéticas y la radiación cósmica, además de recibir y transmitir señales de radio.

al proyecto Lignostella madera espacial La Universidad de Kyoto y Sumitomo Forestry funcionan desde 2020: El objetivo es estudiar la madera como material de construcción en el espacio y así encontrar soluciones más sostenibles para la construcción de satélites. De hecho, los aparatos tradicionales, fabricados principalmente de metal, pueden contribuir al problema de los desechos espaciales una vez que dejan de funcionar. Según datos ambientalesHay alrededor de 5.000 satélites intactos en la órbita de la Tierra, dos tercios de los cuales todavía están operativos, mientras que un tercio está ahora fuera de servicio. Además, hay otros 20.000 fragmentos de basura espacial con dimensiones superiores a 10 centímetros y, según estimaciones estadísticas, alrededor de 130 millones de fragmentos con dimensiones entre 0,1 y 10 centímetros.

Ante esta situación, la madera, como material natural, puede ofrecer una alternativa. Takao DoiLa madera con la que está fabricado el LignoSat se quemará completamente y liberará sólo vapor de agua y dióxido de carbono cuando regrese a la atmósfera terrestre, explica el astronauta e ingeniero de la Universidad de Kioto, que forma parte del equipo de investigación. De cara a futuras misiones, los investigadores también discuten la posibilidad de construir casas y cúpulas de madera en la Luna y Marte.

Las primeras pruebas de exposición espacial. Satélite LignoSat, que se lanzará en 2022 Durante más de 240 días a bordo del módulo japonés Kibo de la Estación Espacial Internacional, Ya han dado comentarios positivos. Se probaron tres muestras de madera seleccionadas para el satélite y no mostraron deformación después de la exposición en el espacio. Los resultados del experimento confirmaron que no hubo cambios de masa en cada muestra antes y después de la exposición al espacio. A pesar del duro entorno que implicó importantes cambios de temperatura y exposición a rayos cósmicos y partículas solares peligrosas durante diez meses, las pruebas no revelaron ninguna descomposición ni deformidades, como grietas, descamaciones o daños en la superficie.

Para comprender el potencial de estos nuevos objetos espaciales, recurrimos a Ugo Galvanetto, profesor de ingeniería aeroespacial en la Universidad de Padua.

Profesor Galvanito, un satélite de madera diseñado por investigadores japoneses podría abrir un Una nueva era de exploración de espacios verdes?

Puede parecer extraño, pero las misiones espaciales no generan una gran cantidad de contaminantes en el aire. Si nos limitamos a observar el sector del transporte, al que creemos que pertenecen las misiones, las emisiones de los motores de cohetes constituyen sólo una pequeña fracción de la contaminación resultante de la actividad humana. Cada día, mil quinientos millones de coches y decenas de miles de aviones recorren el mundo, mientras que anualmente se lanzan unos cientos de cohetes (unos 200 en 2023). Creo que el satélite de madera quiere expresar preocupación por el medio ambiente, que podría tener un impacto en unos años, en lugar de una contribución importante a la sostenibilidad de la misión. El uso de madera podría reducir la generación de residuos espaciales que «contaminan» el espacio que rodea la Tierra.

¿Por qué se eligió la madera como material para un objeto espacial, en este caso un satélite? ¿Cuáles son las ventajas (y los beneficios medioambientales) frente a los materiales tradicionales y cuáles son los límites y, por tanto, los retos tecnológicos que todavía hay que afrontar para utilizar este tipo de materiales en el sector espacial?

En este momento creo que los beneficios medioambientales son mínimos. La madera es un material interesante porque plantea importantes desafíos para quienes quieren utilizarla en el espacio. Si nos limitamos al caso de los cubesats, como LignoSat, y suponiendo que tenemos que construir un gran número de ellos, unos cientos o más, no necesariamente es fácil producir todos los componentes necesarios con la fiabilidad que exige el espacio. misiones. Es posible que nos veamos teniendo que considerar una gran cantidad de material de desecho porque no cumple con los requisitos. Sin embargo, está claro que la madera, como material natural, no requiere de un proceso de producción contaminante. Además, como se mencionó anteriormente, es probable que los desechos espaciales de madera sean más susceptibles a sufrir daños o desintegrarse que los desechos normales. Finalmente, la madera refleja menos la luz que el metal, generando así menos perturbaciones ópticas para instrumentos de observación como los telescopios. La principal contribución de la ecología de los satélites de madera probablemente no sea tanto para el medio ambiente terrestre como para la reducción de los desechos espaciales.

¿Cree que la madera podría utilizarse en el futuro durante misiones espaciales, por ejemplo en futuras exploraciones a la Luna y Marte? ¿Si es así, cómo?

Estructuralmente, algunos tipos de madera se consideran materiales muy eficaces, porque son capaces de proporcionar buenas propiedades de rigidez y resistencia en comparación con su masa. Es decir, tienen buenas propiedades específicas. De hecho, los primeros aviones estaban fabricados en gran parte de madera. Por otro lado, los materiales naturales generalmente no proporcionan la confiabilidad y repetibilidad necesarias para la producción industrial moderna. Los metales cumplen plenamente estos requisitos, mientras que los nuevos materiales compuestos sintéticos, que en algunos aspectos se parecen a la madera, alcanzan un nivel de fiabilidad similar al de los metales. Volviendo al uso de la madera en el espacio, los ejemplos del pasado son escasos: los recordamos Uno de 1962!

Se están realizando investigaciones innovadoras y muy extensas sobre la fabricación de bases lunares y marcianas. Pero no veo que la madera desempeñe un papel importante en este tipo de estructuras. Sin embargo, creo que las plantas tendrán un papel muy importante en la producción de alimento y bienestar psicológico para los astronautas para que las bases sean sostenibles, es decir, que no dependan del flujo constante de materiales y personas desde la Tierra.

¿Se están estudiando otros materiales “sostenibles” que podrían utilizarse en el espacio en el futuro?

El concepto de sostenibilidad en el espacio adquiere un significado específico en comparación con lo que existe típicamente en la Tierra. Los materiales utilizados para construir satélites o naves espaciales han servido hasta ahora exclusivamente para el propósito de la misión, sin ningún propósito que permita un uso posterior. Estamos asistiendo a un cambio de paradigma: por ejemplo, algunos proyectos de la NASA pretenden reutilizar las cabinas modificadas de los transbordadores espaciales en los que viajaban los astronautas como partes de sus hogares. En este sentido, el reciclaje, es decir, la utilización de elementos de las naves espaciales para un segundo uso, empieza a surgir como criterio a la hora de evaluar nuevos proyectos. En las últimas etapas de la exploración espacial se están estudiando muchos materiales/estructuras sostenibles en este sentido, es decir, multifuncionales. Además, la sostenibilidad de las bases espaciales depende del uso de recursos locales: por ejemplo, el regolito como material de construcción en la Luna, los recursos hídricos disponibles en varios cuerpos celestes y el oxígeno. Preservar el entorno lunar o marciano, natural o no, es un aspecto a tener en cuenta: los materiales que hacen que la base sea sostenible, desde el punto de vista terrestre, pueden no serlo desde el punto de vista lunar.

¿Cómo encaja Italia en este sector?

Se sabe que Italia, desde los años 50, es uno de los países más avanzados en el sector de la aviación. Los investigadores de la Universidad de Padua, en colaboración con científicos italianos e internacionales, también han realizado importantes contribuciones en muchas áreas de la investigación y la ingeniería aeroespaciales. Al limitar nuestra atención al problema de la sostenibilidad de los materiales, destaco algunas de las investigaciones realizadas en los CISA sobre el estudio de materiales multifuncionales y el desarrollo de propulsión espacial menos contaminante.