Vệ tinh gỗ “sống sót” 116 ngày, mở ra kỷ nguyên mới cho tàu vũ trụ

Giấc mơ về một kỷ nguyên không gian bền vững, nơi tàu vũ trụ được chế tạo từ vật liệu thân thiện với môi trường , đang dần trở thành hiện thực.

Năm 2024, LignoSat trở thành vệ tinh gỗ đầu tiên được phóng vào không gian. Nhưng hệ thống liên lạc của nó đã bị lỗi, vì vậy các nhà khoa học đang thử lại với LignoSat-2 (Ảnh: ZME).

Một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản đã ghi dấu ấn lịch sử khi vệ tinh gỗ đầu tiên trên thế giới , LignoSat, không chỉ bay thành công vào quỹ đạo mà còn sống sót đáng kinh ngạc trong 116 ngày.

Dù gặp trục trặc về liên lạc, thành công ban đầu này đã mở ra cánh cửa cho LignoSat-2 và hy vọng về một tương lai mà gỗ sẽ thay thế nhôm trong ngành công nghiệp vũ trụ.

Giáo sư Takao Doi, cựu phi hành gia và là nguồn cảm hứng chính của dự án, luôn ấp ủ ước mơ về những công trình bằng gỗ trong không gian, lấy cảm hứng từ những ngôi đền cổ kính ở Kyoto đã tồn tại hơn một thiên niên kỷ.

“Nếu chúng ta có thể sử dụng gỗ trong không gian, chúng ta có thể phát triển không gian bền vững mãi mãi”, ông chia sẻ.

Ý tưởng về “kỷ nguyên không gian bằng gỗ” đã thu hút sự chú ý lớn vào năm ngoái với sự ra mắt của LignoSat, vệ tinh gỗ đầu tiên trên thế giới. Được phát triển bởi Giáo sư Doi, nhóm khoa học gia của Đại học Kyoto và công ty khai thác gỗ Sumitomo Forestry, LignoSat là một loại CubeSat nhỏ gọn, tương đối rẻ tiền và dễ chế tạo.

Mục tiêu chính của dự án là giảm tác động môi trường của tàu vũ trụ, bởi gỗ là vật liệu tái tạo và tạo ra ít ô nhiễm hơn khi cháy lúc tái nhập vào bầu khí quyển Trái Đất.

LignoSat đã được Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) triển khai từ Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) và hoạt động trên quỹ đạo trong 116 ngày.

Dù đây là một thành công lớn về mặt tồn tại vật lý, LignoSat gặp phải một vấn đề đáng tiếc: Các nhà khoa học ở Kyoto không thể liên lạc được với nó sau khi triển khai vào ngày 9/12/2024.

Điều này khiến bốn trong năm mục tiêu nghiên cứu chính bao gồm đo độ biến dạng, nhiệt độ, khả năng thấm từ trường và tác động của bức xạ không gian lên gỗ, không thể hoàn thành. Giáo sư Doi thừa nhận: “Thật không may, chúng tôi không nhận được bất kỳ thông tin nào mà chúng tôi muốn biết”.

Phân tích ban đầu chỉ ra hai lỗi tiềm ẩn: Một hoặc cả ba công tắc kích hoạt hệ thống và angten của vệ tinh có thể không được bật hoặc chương trình máy tính không khởi động đúng cách.

Mặc dù hệ thống liên lạc bị lỗi nhưng LignoSat vẫn đạt được hai thành tựu quan trọng.

Thứ nhất, nó đã chứng minh rằng một vệ tinh gỗ có thể sống sót trên quỹ đạo mà không bị vỡ, đây là một điều chưa từng có. Thứ hai, nó đã hợp lý hóa quy trình đánh giá an toàn cho tàu vũ trụ bằng gỗ với NASA – mở đường cho các vệ tinh gỗ tiếp theo được cấp phép dễ dàng hơn.

LignoSat sử dụng phương pháp ghép nối truyền thống gọi là mối ghép mộng đuôi chim (Ảnh: ZME).

Dựa trên những bài học kinh nghiệm, giáo sư Doi và các đồng nghiệp đang phát triển LignoSat-2, dự kiến phóng vào năm 2028. LignoSat-2 sẽ có kích thước gấp đôi LignoSat đầu tiên, với hai hệ thống liên lạc (một bên trong cấu trúc và một gắn trên bề mặt) để đảm bảo không lặp lại lỗi liên lạc.

Việc lắp đặt ăng-ten bên trong thân vệ tinh cũng sẽ giảm lực cản khi nó quay quanh Trái Đất.

Thân thiện với môi trường

Giáo sư Doi chia sẻ tham vọng lớn hơn: “Hãy tạo ra một ngành công nghiệp gỗ vũ trụ”. Ông hình dung một tương lai mà gỗ sẽ thay thế nhôm trở thành vật liệu chính cho vệ tinh.

Gỗ rẻ hơn, dễ sử dụng hơn và nhẹ hơn so với vật liệu tàu vũ trụ thông thường, giúp phát triển không gian dễ tiếp cận hơn với các quốc gia có ít tài nguyên.

Khi các vệ tinh thông thường rơi trở lại bầu khí quyển, chúng cháy và tạo ra các hạt nhôm oxit nhỏ li ti, có khả năng phá hủy tầng ôzôn, phá vỡ các quá trình trong khí quyển và thậm chí làm thay đổi từ trường của Trái Đất.

Ngược lại, khi gỗ cháy, nó chỉ tạo ra carbon dioxide, tro phân hủy sinh học và hơi nước, đây là những sản phẩm thân thiện với môi trường hơn nhiều.

Dù cần nghiên cứu thêm, sản phẩm phân hủy của gỗ dễ đánh giá hơn vì chúng là động lực chính của các quá trình khí quyển.

Hiện tại, với vài trăm vật thể được theo dõi quay trở lại Trái Đất mỗi năm, việc tàu vũ trụ kim loại phân hủy không phải là vấn đề môi trường lớn. Tuy nhiên, khi ngành công nghiệp vũ trụ phát triển nhanh chóng, việc tìm kiếm các vật liệu thân thiện với môi trường hơn là điều cấp thiết.

LignoSat-2 sẽ có cả ăng-ten ngoài và ăng-ten trong và sẽ có kích thước gấp đôi LignoSat đầu tiên (Ảnh: ZME).

Ông Jari Mkinen, đồng sáng lập Arctic Astronautics (công ty Phần Lan cũng đang phát triển vệ tinh gỗ WISA Woodsat) cho rằng, việc thay thế dù chỉ một phần nhỏ các bộ phận trên vệ tinh bằng gỗ cũng có thể giảm đáng kể ô nhiễm.

Tất nhiên, gỗ cũng đặt ra thách thức cho các kỹ sư tàu vũ trụ. Là vật liệu tự nhiên, gỗ có thể có khuyết điểm và không hoạt động đồng nhất theo các hướng khác nhau.

Nghiên cứu của Raphaela Gnther, nghiên cứu sinh tại Đại học Kỹ thuật Dresden, đang nỗ lực tạo ra các vật liệu tàu vũ trụ từ sợi gỗ và vật liệu liên kết có hoạt động nhất quán hơn.

Gnther khẳng định: “Vấn đề không phải là chúng ta có bắt đầu sử dụng nhiều vật liệu tàu vũ trụ bền vững hơn hay không. Tôi nghĩ chúng ta phải làm như vậy”.

Với những bước tiến đầy hứa hẹn này, giấc mơ về một tương lai “xanh” trong không gian đang ngày càng trở nên gần hiện thực hơn.