venerdì, Luglio 19, 2024

LignoSat, un satellite di legno, primo passo verso un’esplorazione sostenibile dello spazio

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DOPO AVER SUPERATO CON SUCCESSO UNA FASE DEL TEST DURATA UN ANNO ALLA STAZIONE SPAZIALE INTERNAZIONALE (ISS), IL GIAPPONE SI PREPARA A LANCIARE IL PRIMO SATELLITE DI LEGNO AL MONDO, LIGNOSAT, PER GARANTIRE UN’ESPLORAZIONE SOSTENIBILE DELLO SPAZIO. A IDEARLO, L’ASTRONAUTA E INGEGNERE GIAPPONESE TAKAO DOI DELL’UNIVERSITÀ DI KYOTO. IL LANCIO È PREVISTO PER SETTEMBRE 2024

Il debutto del satellite di legno Lignosat

I rifiuti spaziali rappresentano una crescente preoccupazione per la sostenibilità e la sicurezza delle attività in orbita.

La “spazzatura cosmica” rilascia particelle dannose per il clima terrestre, contribuisce all’inquinamento luminoso, ostacola la visione del cielo stellato e può altresì causare collisioni con altri veicoli spaziali operativi. Ma c’è di più.

Quando un satellite rientra nell’atmosfera terrestre, brucia e rilascia particelle di allumina (triossido di alluminio). Queste particelle, galleggiando nell’alta atmosfera (negli strati superiori dell’atmosfera terrestre), possono persistere per molti anni e danneggiare lo strato di ozono, influenzando negativamente l’ambiente terrestre.

Per ovviare a questo problema, nel 2020 la Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) congiuntamente con la NASA ha progettato un satellite con la struttura in legno.

LignoSat, questo è il suo nome, è stato presentato lo scorso febbraio 2024.

Il prototipo è stato assemblato dai ricercatori dell’Università di Kyoto insieme con l’azienda forestale Sumitomo Forestry di Tokyo

Un satellite green

LignoSat si distingue per la sua costruzione unica: il suo corpo è costituito da pannelli di legno di magnolia, supportati da una robusta struttura in alluminio.

Questa scelta insolita di utilizzare il legno come materiale principale è stata motivata dalla sua ecocompatibilità e dalla sua capacità di ridurre l’impatto ambientale rispetto ai tradizionali satelliti in metallo.

Inoltre, l’uso di tecniche giapponesi di giunzione del legno, che evitano l’impiego di colla o raccordi metallici, conferisce al satellite una costruzione solida e resistente.

Ma perché usare il legno?

I vantaggi di questo materiale

La scelta di questo materiale per assemblare satelliti può sembrare controintuitiva, considerando la sua infiammabilità. Tuttavia, questa caratteristica si rivela un vantaggio: al termine della missione, quando LignoSat rientrerà nell’atmosfera terrestre, il legno di magnolia si incendierà completamente, producendo solo vapore acqueo e anidride carbonica.

Questo processo di combustione pulita contrasta con le emissioni dannose di alluminio e altri metalli rilasciate durante il rientro dei tradizionali satelliti in metallo.

Inoltre, il legno offre un’altra serie di vantaggi: la sua resistenza alle condizioni avverse dello spazio e la sua trasparenza alle onde radio lo rendono un materiale ideale per le applicazioni spaziali.

A onor del vero, LignoSat non è un’idea nuova nel campo dell’esplorazione spaziale. La NASA stessa aveva precedentemente impiegato parti in legno di balsa nella sonda lunare Ranger 3 nel 1962, dimostrando la durabilità e l’efficacia di questo materiale anche in ambienti spaziali estremi. Ma conosciamo meglio il protagonista della nostra storia.

Nuovi orizzonti con il satellite LignoSat

LignoSat, è un capolavoro di ingegneria che unisce la robustezza del legno di magnolia con la tecnologia di punta. Con un costo stimato di circa 191mila dollari (166mila euro) per la progettazione, la produzione, il lancio e il funzionamento, questo satellite è dotato di sensori avanzati in grado di valutare la tensione sul legno, la temperatura, le forze geomagnetiche e la radiazione cosmica, oltre a ricevere e trasmettere segnali radio.

«Abbiamo discusso della possibilità di costruire abitazioni in legno sulla Luna», afferma Koji Murata, del laboratorio di progettazione dei biomateriali della Scuola di Agraria dell’Università di Kyoto. «Abbiamo anche discusso della possibilità di costruire cupole su Marte utilizzando il legno per far crescere foreste di alberi».

Nisa Salim, specialista in materiali ingegnerizzati dell’Università di Tecnologia di Swinburne, Melbourne, in Australia, che non fa parte del progetto, ha poi aggiunto ulteriori dettagli relativi all’uso del materiale.

«Le proprietà naturali del legno come schermo contro la radiazione potrebbero essere utilizzate efficacemente per progettare pareti o gusci esterni di habitat spaziali per fornire protezione – afferma Salim -.  Il legno è un efficace isolante, in grado di regolare la temperatura e di minimizzare il trasferimento di calore per mantenere un ambiente interno confortevole. Il legno è facile da lavorare, rinnovabile e biodegradabile, in linea con gli obiettivi di sostenibilità per l’esplorazione spaziale».

Valutazioni progettuali

Ovviamente, nel contesto dell’esplorazione spaziale, emerge l’importanza di valutare attentamente l’integrità strutturale, la sicurezza e la durata del materiale per le missioni spaziali.

Composto principalmente da cellulosa e lignina, una sorta di polimero organico, «il legno si inserisce naturalmente nella categoria dei compositi», spiega Scott J. McCormack, esperto di materiali dell’Università della California, UC Davis.

Utile precisare che i compositi sono materiali ingegnerizzati costituiti da due o più componenti con proprietà diverse, combinati insieme per ottenere caratteristiche specifiche che nessun materiale singolo potrebbe offrire da solo.

Di solito, sono composti da una matrice che funge da supporto strutturale e da rinforzi, che forniscono le proprietà desiderate, come resistenza, leggerezza, flessibilità e durabilità.

Per tali motivi sono ampiamente utilizzati in una varietà di settori, inclusi l’aerospaziale, l’automotive, il settore edile e il settore sportivo. In campo aerospaziale, ad esempio, i compositi vengono spesso impiegati per la costruzione di parti strutturali di aeroplani e satelliti, poiché consentono di ridurre il peso complessivo dei veicoli aerospaziali senza comprometterne resistenza e sicurezza.

Il che li rende interessanti anche per applicazioni satellitari.

Tuttavia, sorgono legittimi dubbi riguardo all’adattabilità del legno come materiale strutturale sulla Luna o su Marte.

Dubbi e perplessità

In particolare, preoccupa il possibile degrado delle sue proprietà meccaniche a causa della radiazione cosmica galattica (GCR), costituita da particelle ad alta energia provenienti dallo spazio esterno, principalmente protoni e nuclei atomici di elementi pesanti, che si muovono a velocità molto elevate.

Questa radiazione è presente ovunque nello spazio interstellare e penetra nel sistema solare.

Su Marte, la GCR sarebbe un problema significativo per eventuali strutture o equipaggi umani, poiché l’atmosfera marziana è molto più sottile di quella terrestre e offre quindi una protezione inferiore contro le radiazioni.

Sulla Terra, invece, la GCR viene filtrata e schermata efficacemente dalla densa atmosfera terrestre e dal campo magnetico del pianeta. Questi strati di protezione naturale agiscono come uno scudo contro la radiazione cosmica, riducendo notevolmente l’esposizione.

McCormack sottolinea questa sfida, evidenziando la necessità di comprendere appieno gli effetti della radiazione spaziale sul legno.

Tuttavia, Murata afferma che i dati esaminati sulla GCR e sulle particelle solari ad alta energia raccolti dal rover Curiosity della NASA su Marte, una sonda spaziale robotica della missione Mars Science Laboratory (MSL) non hanno riportato particolari criticità.

Il satellite ha superato brillantemente la prova, dimostrando la straordinaria resistenza del legno di magnolia alle condizioni avverse dello spazio esterno, come previsto dagli scienziati dell’Università di Kyoto che lo hanno ideato.

Questo perché, la mancanza di ossigeno e di organismi viventi che potrebbero accelerare il processo di deterioramento del legno consente al satellite di superare senza danni la sfida dello spazio.

Ma torniamo a “Curiosity”.

Sfida superata

Curiosity è un rover su Marte delle dimensioni di un’auto che esplora il cratere Gale e il Monte Sharp come parte della missione Mars Science Laboratory della NASA

Lanciata nel novembre 2011, Curiosity aveva quale obiettivo determinare se Marte abbia mai avuto le condizioni ambientali adatte per sostenere forme di vita microbica e di raccogliere dati su geologia, clima e potenziali risorse del pianeta.

Inoltre, sono stati condotti studi sugli effetti dei raggi gamma sul legno qui sulla Terra. Secondo Murata, il legno potrebbe mantenersi integro anche su Marte per migliaia di anni, nonostante le sfide legate alla radiazione spaziale.

Questa prospettiva potrebbe aprire interessanti opportunità per l’utilizzo del legno nello sviluppo di habitat e strutture su pianeti extraterrestri, offrendo un materiale sostenibile e resistente alle condizioni spaziali.

Numero verde ONA

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