2024년 발사 예정 '목조 인공위성' 소재는 후박나무로 – 10개월간의 폭로실험으로 확인

 

 

스미토모 임업(도쿄도 치요다구)은 5월 12일, 교토 대학과 2022년 3월부터 임해 온 「국제 우주 스테이션(ISS)에서의 목재 우주 폭로 실험」에서 약 10개월간의 우주 공간에서의 목재 시험체의 폭로 실험이 완료되었다고 발표했습니다. 2023년 1월 시험체는 지구로 귀환.미 항공우주국(NASA)과 우주항공연구개발기구(JAXA)를 거쳐 3월 목재 시험체를 수리했다고 합니다.

 

   외관과 질량 등을 측정하는 1차 검사에서는 목재의 갈라짐이나 휘어짐, 벗겨짐 등이 없으며 온도 변화가 크고 강력한 우주선이 난무하는 극한 우주환경에서도 시험체 열화는 극히 경미하고 재질은 안정적이어서 목재의 뛰어난 내구성을 확인한 것으로 알려졌습니다.

　2024년 발사를 계획하고 있는 목조 인공위성 '리니 사트' 1호기에 사용할 수종은 이번 실험 결과를 토대로 후박나무로 결정한 것으로 알려졌습니다. 교토 대학에서는, 이번 폭로 시험의 데이터와 1호기의 운용 데이터를, 앞으로 계획을 진행시키는 LINoSat 2호기의 설계나 2호기에서 계측을 검토하는 데이터의 기초 자료로 활용하고 있습니다.

 

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　목재 시험체의 우주 노출 전후로 질량 변화를 측정.우주방사선이나 우주공간의 "원자상산소(Atomic Oxygen:AO)"가 목재에 부딪히는 것으로 인한 표층 소실, 화학변화나 분해에 의한 질량변화 정도를 검증했습니다. 폭로시험체의 중량을 측정하여 함수율의 영향을 보정한 결과에서는 거의 감소하지 않았음을 확인하였습니다.

　극단적인 온도 변화, 원자상 산소 충돌, 은하 우주선(Galactic Cosmic Ray: GCR)이나 태양 에너지 입자(Solar Energetic Particle: SEP)의 영향 등 지구상과는 월등히 가혹한 환경하의 우주 공간에 10개월간 노출된 시험체는 그 영향으로부터 어떠한 침식이 발생할 것을 상정하고 있었습니다. 예상과 달리 외관상 극단적인 열화는 인정되지 않아 목재의 이용 확대 가능성을 재인식하는 결과가 되고 있습니다.

　이번 우주폭로실험은 LINO Sat에 사용할 수종 후보의 산벚나무, 후박나무, 다케캄바에서 최종적으로 사용할 수종을 결정하는 과정 중 하나가 됐습니다. 3개 수종에 열화의 차이는 확인되지 않음에 따라 지상에서 실시한 가공성 높이와 치수 안정성, 강도 등 각종 시험 결과도 토대로 LINoSat에는 후박나무를 사용하기로 결정했습니다.

　동사는, 목조 인공위성의 발사를 향해서 최종적인 조정을 진행시키는 것과 동시에, 시험체의 상세 해석을 진행시켜 나노 레벨의 물질 열화의 근본적인 메카니즘의 해명을 목표로 합니다. 메커니즘을 해명함으로써, 고기능 목질 외장재등의 고기능 목질 건재나 목재의 신용도 개발에의 활용을 목표로 한다고 합니다.

　전자파나 자기파는 목재를 투과하므로 안테나나 자세 제어 장치를 위성 내부에 설치할 수 있어 구조를 간소화할 수 있다고 설명.운용 종료 후에는 대기권 돌입 시 완전히 타버리기 때문에 미세물질(알루미나 입자)이 발생하지 않고, 보다 깨끗하고 친환경적인 인공위성 개발로 이어진다고 목재의 장점을 설명하고 있습니다.

 

 

住友林業（東京都千代田区）は5月12日、京都大学と2022年3月から取り組んできた「国際宇宙ステーション（ISS）での木材の宇宙曝露実験」で約10カ月間の宇宙空間での木材試験体の曝露実験が完了したと発表した。2023年1月に試験体は地球へと帰還。米航空宇宙局（NASA）や宇宙航空研究開発機構（JAXA）を経て、3月に木材試験体を受理したという。

　外観や質量などを測定する1次検査では、木材の割れや反り、剥がれなどはなく、温度変化が大きく強力な宇宙線が飛び交う極限の宇宙環境下でも、試験体の劣化は極めて軽微で材質は安定しており、木材の優れた耐久性を確認したという。

　2024年に打ち上げを計画している木造人工衛星「LignoSat」1号機に使用する樹種は、今回の実験結果を踏まえ、ホオノキに決定したという。京都大学では、今回の曝露試験のデータと1号機の運用データを、これから計画を進めるLignoSat2号機の設計や2号機で計測を検討するデータの基礎資料に活用するしている。

　木材試験体の宇宙曝露前後で質量の変化を測定。宇宙放射線や宇宙空間の“原子状酸素（Atomic Oxygen：AO）”が木材にぶつかることによる表層の消失、化学変化や分解による質量変化の程度を検証した。曝露試験体の重量を測定し、含水率の影響を補正した結果では、ほとんど減少していないことを確認している。

　極端な温度変化、原子状酸素の衝突、銀河宇宙線（Galactic Cosmic Ray：GCR）や太陽エネルギー粒子（Solar Energetic Particle：SEP）の影響など地球上とは桁違いに過酷な環境下の宇宙空間に10カ月間晒した試験体は、それらの影響から何らかの浸食が生じることを想定していた。予想に反して外観上に極端な劣化は認められず、木材の利用拡大への可能性を再認識する結果となっている。

　今回の宇宙曝露実験はLignoSatに使用する樹種の候補のヤマザクラ、ホオノキ、ダケカンバから最終的に使用する樹種を決定するプロセスの一つとなった。3つの樹種に劣化の差は確認されなかったことから、地上で実施した加工性の高さや寸法安定性、強度などの各種試験の結果も踏まえ、LignoSatにはホオノキを使用することを決定した。

　同社は、木造人工衛星の打ち上げに向けて最終的な調整を進めるとともに、試験体の詳細解析を進め、ナノレベルの物質劣化の根本的なメカニズムの解明を目指す。メカニズムを解明することで、高耐久木質外装材などの高機能木質建材や木材の新用途開発への活用を目指すという。

　電磁波や磁気波は木材を透過するのでアンテナや姿勢制御装置を衛星内部に設置でき、構造を簡素化できると説明。運用終了後は、大気圏突入時に完全に燃え尽きるので微小物質（アルミナ粒子）が発生せず、よりクリーンで環境に優しい人工衛星の開発につながると木材のメリットを説明している。