Càrregues voladores de l’ESA en un satèl·lit de fusta

WISA Woodsat és un “CubeSat” de 10x10x10 cm, un tipus de nanosatèl·lit construït a partir de caixes estandarditzades, però amb panells superficials de fusta contraxapada. Les úniques peces externes de Woodsat que no són de fusta són els rails d’alumini de cantonada que s’utilitzen per al seu desplegament a l’espai més un pal de selfie metàl·lic.

La missió va ser iniciada per Jari Makinen, escriptor i emissor finès. Va cofundar una empresa anomenada Astronautica àrtica, que comercialitza rèpliques completament funcionals de CubeSats preparats per a l’òrbita amb finalitats educatives, de formació i d’afició. “Sempre m’ha agradat fer maquetes d’avions, amb moltes peces de fusta. Després d’haver treballat en el camp de l’educació espacial, això em va fer preguntar-me; per què no volem cap material de fusta a l’espai?

“Així que vaig tenir la idea primer de volar un satèl·lit de fusta fins a l’estratosfera, a bord d’un globus meteorològic. Això va passar el 2017, amb una versió de fusta de KitSat. Havent anat bé, vam decidir actualitzar-lo i, de fet, entrar en òrbita. A partir d’aquí, el projecte va acabar de fer neu: vam trobar suport comercial i vam aconseguir un llitera en un llançador Electron del Rocket Lab a Nova Zelanda “.

Sensors ESA per ensumar Woodsat‘s interior

Riccardo Rampini, al capdavant de la secció de Física i Química de Materials de l’ESA, comenta: “Ha estat un calendari ajustat, però vam acollir amb satisfacció l’oportunitat de contribuir a la càrrega útil de Woodsat a canvi d’ajudar a ajudar a avaluar la seva idoneïtat per al vol.

“El primer element que estem embarcant és un sensor de pressió, que ens permetrà identificar la pressió local de les cavitats a bord en les hores i dies posteriors al llançament en òrbita. Aquest és un factor important per a l’encesa de sistemes d’alta potència i antenes de radiofreqüència, perquè petites quantitats de molècules a la cavitat poden causar-los danys.

“Aquest sensor ens està construint Sens4 a Dinamarca, que han fet un gran treball per eliminar el seu disseny estàndard per adaptar-se a limitacions de volum i potència a bord limitades ”.

Bruno Bras, enginyer de materials de l’ESA, afegeix: “El bo aquí és que hem acabat ideant un dispositiu de baix cost que podria trobar tot tipus d’usos posteriors, tant en òrbita com a terra, en entorns de prova”.

Al costat hi haurà un LED senzill amb un fotoresistor que detecta a mesura que s’il·lumina. Però la potència del LED es produirà mitjançant un plàstic conductor elèctric imprès en 3D anomenat “polieterèter cetona”, o PEEK en resum, obrint la perspectiva del poder d’impressió o fins i tot dades enllaça directament dins dels cossos de futures missions espacials.

L’enginyer de materials de l’ESA, Orcun Ergincan, comenta: “L’altre element és una microbalanza de cristalls de quars, que serveix com a eina de control de contaminació altament sensible, que mesura els dipòsits dèbils de la gamma de nanogrames provinents de l’electrònica de bord, així com de les mateixes superfícies de fusta. Això ha estat aportat per OpenQCM a Itàlia. Aquesta empresa també està construint el conjunt de plaques de circuits impresos amb els tres demostradors amb sensors incorporats ”.

Fusta contraxapada per a Woodsat

Els patrocinadors de Woodsat inclouen Fusta contraxapada UPM a Finlàndia, entre els fabricants de fusta contraxapada més grans del món.

“El material bàsic per a la fusta contraxapada és el bedoll i bàsicament fem servir el mateix que trobareu a una ferreteria o per fer mobles”, explica Samuli Nyman, enginyer en cap de Woodsat i cofundador d’Arctic Astronatics.

“La principal diferència és que la fusta contraxapada ordinària és massa humida per a usos espacials, de manera que posem la fusta en una cambra tèrmica de buit per assecar-la. A continuació, també realitzem una deposició de capa atòmica, afegint una capa d’òxid d’alumini molt fina, que normalment s’utilitza per encapsular l’electrònica. Això hauria de minimitzar els vapors no desitjats de la fusta, coneguts com a “desgasificació” en el camp espacial, alhora que es protegiria contra els efectes erosius de l’oxigen atòmic. També provarem altres vernissos i laques en algunes seccions de la fusta “.

Aquesta variant d’oxigen altament reactiu es troba als marges de l’atmosfera (el resultat de que les molècules estàndard d’oxigen es trenquen per la potent radiació ultraviolada del Sol) i es va descobrir per primera vegada quan es va menjar mantes tèrmiques durant els primers vols del transbordador espacial.

Les proves anteriors al vol suggereixen que el satèl·lit, que orbitarà a uns 500-600 km d’altitud en una òrbita sincrònica solar aproximadament polar, hauria de sobreviure a la seva exposició a l’oxigen atòmic. Però s’espera que la fusta s’enfosqueixi amb la radiació ultraviolada de la llum solar no filtrada.

Stick de selfie a bord

“Tenim un parell de càmeres incorporades, amb una estesa en un selfie stick per mirar enrere la fusta contraxapada i fer fotos per veure com es comporta”, afegeix Jari. “Volem veure canvis de color, qualsevol esquerda, etc.”

El disseny i la fabricació del boom de la càmera van resultar un exercici interessant: l’estructura ha de ser petita ja que pot estar dins del petit satèl·lit per al seu llançament i, a continuació, estendre-la el màxim possible quan es troba a l’espai.

“El disseny ha estat realitzat per una empresa d’enginyeria finlandesa Huld, empenyent la impressió 3D fins als seus límits ”, afegeix Jari. “Per a Huld, el projecte Woodsat ja ha demostrat ser un punt de referència important per entrar en altres projectes de mecànica espacial”.

A més de les càmeres i el conjunt de sensors donats per l’ESA, Woodsat també tindrà una càrrega útil per a radioaficionats que permetrà als aficionats retransmetre senyals i imatges de ràdio a tot el món. Enllaçar les dades d’aquest enllaç de ràdio “LoRa” facilita la compra d’una “estació terrestre” que costa tan sols 10 €.

“Al final, Woodsat és simplement un objecte preciós pel que fa al disseny i la simplicitat nòrdics tradicionals, hauria de ser molt interessant veure’l en òrbita”, continua Jari. “La nostra esperança és que ajudi a inspirar a la gent a tenir un interès creixent pels satèl·lits i el sector espacial com una cosa que ja toca totes les nostres vides i que només augmentarà en el futur”.

Woodsat es llançarà abans d’acabar aquest any.