# 用木头打造的卫星，会成为太空垃圾的「救星」吗？ - 作者：木斯 - 发布时间：2021-01-12 21:03 - 分类：公司 - 原文：https://www.ifanr.com/1392272 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/soNiHR46bkI-l6NFZZILp5XNvhp0WKivFdxKl_NGtDA-1.jpg) 最近，日本公司住友林业正在和京都大学合作，联手研发一种新型卫星「[LignoSat](https://sfc.jp/information/news/2020/2020-12-23.html)」，并计划在 2023 年将其发射升空。 它的最大特点，在于会使用木质材料，来打造卫星的外壳。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/prl2012231115104-p2.jpg) ▲ 木质卫星概念图。图片来自：[住友林業](https://sfc.jp/information/news/2020/2020-12-23.html) 目前，绝大多数卫星外壳采用的都是铝合金、钛合金或是碳纤维等复合材料，以确保内部元器件能够在极端环境下正常运作。 可一旦卫星完成了任务，或是超过使用年限，很可能就被直接抛弃，变成漂浮在近地轨道上的「太空垃圾」。 用木头材料造出来的卫星，又会有什么不同？ 参与该项目的前日本宇航员、京都大学教授土井隆雄接受 [BBC](https://www.bbc.co.uk/news/business-55463366) 采访时就表示，现在卫星离轨，重新返回大气层焚毁时，会分散成许多微小的氧化铝颗粒，时间一长，这些颗粒就会影响到地球的环境。 木制卫星便不存在这种污染隐患，而且相比各类金属，木质材料也能更轻易地被大气层焚毁，不会产生大块碎片，对地面带来威胁。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/iss056e025387-800x533.jpg) 此外，日经亚洲也提到了「木头卫星」的一点好处，那就是有利于通信。因为木材本身不会像金属一样阻断信号，而是可以直接让电磁波穿过，如此一来，卫星的天线就可以放置在内部，加上木材本身也更轻，卫星就能设计得更小巧、更紧凑。 根据住友林业公司官方说法，现在该项目正处于研究阶段，之后才会进展到卫星设计的部分。其中住友林业会主要负责木质材料在太空中的应用，同时开发出耐高温的木质材料。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/s2017_01_Doi-2.jpg) ▲ [土井隆雄的研究报告](http://research.kyoto-u.ac.jp/service/topic/spirits/lists/h29list/sprits_h29ja_doi/)：在真空环境下，不同木材的力学特性会随时长而发生变化 与此同时，住友林业的合作伙伴京都大学，则会主导测试环节，以验证木材能否经受住各种极端场景下的考验。比如说在真空环境下，木材的力学性质，以及在低重力和低压力下，树木的生长研究。 这里顺带提一句日本的住友林业公司。它并非是普通的建材开发商，而是一家日本的百年老厂。它在 1991 年就成立了专门的研究所，以木质材料为核心，研究它在各个领域的应用可行性。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/12118c9ec8df46ce86e2390a3c0eaee0a258d69b.jpg) ▲ 住友林业的 w350 计划，建造一栋 70 层的木质摩天大楼 除了想到用木材造卫星外，[早前我们也报道过](https://www.ifanr.com/1313515)，住友林业计划在 2041 年前，建造一栋高 350 米，拥有 70 层的「[木质摩天大楼](https://www.nikkei.com/article/DGXMZO26693880Y8A200C1TJ1000)」，可以说是另一个大胆构想。 如果本次卫星计划顺利完成，其成果也将对住友林业的造楼项目带来帮助。 ### 让木头变得和金属一样坚硬 木材是人类最早接触到的材料之一，也是我们能够从大自然获取到的少数几种、能够不断再生的资源。进一步挖掘出它的价值和潜力，受益的将远远不止于建筑、家具等传统范畴。 2018 年，[马里兰大学的科研人员发表了一项研究](https://www.nature.com/articles/nature25476)，成功地让块状的天然木材转变成高性能结构材料，基本达到了和金属一样坚硬。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/151_GeoNews_04-1300x1147.jpg) ▲ 硬度能够与传统金属材料相媲美的超级木头。图片来自：[nzgeo](https://www.nzgeo.com/stories/super-wood/) 据当时《自然》杂志报道称，科研人员先是通过将木材倾倒在浓缩的过氧化氢液体中，然后煮沸，以去除掉木质材料里的部分木质素和纤维素，再进行超高温的机械热压，[将木材致密化](https://www.sciencenews.org/article/superdense-wood-lightweight-strong-steel)，使其密度达到了原来的 3 倍，但硬度却提升了 10 倍之多。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/020618_MT_ballistic-wood_feat_rev.jpg) ▲ 未经处理的木材和致密化后的木材对比 经测试，处理过后的「超级木头」，具备了和大多数结构金属和合金相当的强度。研究团队还尝试用高速钢柱，去射击木头，其中未经处理的木头被完全击穿；超级木头则有效减缓了射速；至于叠加了多层的超级木头，更是进一步将圆柱卡在了内部。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/Superdense.gif) 这也证明，通过结构成分的改进，我们的确可以赋予木材更丰富的性能，甚至是开发出新的特性。 超级木头的另一优势在于成本。按照科研人员的说法，对比同等厚度的凯夫拉纤维板材，超级木头的防护能力会稍弱，但成本只有凯夫拉的 5% 左右，如果应用在建筑、交通等领域，费用无疑会得到大幅降低。 新的木质卫星也是如此，将外壳由航空材料换成新型木材，同样可以大大降低制造成本，减轻重量，缩小体积。 但对于要发射到外太空的卫星而言，只是硬度达标了，可能还无法满足其要求。我们最常说的，还有耐高低温性能，耐腐蚀，以及更长的使用寿命等，这些仍然需要实际测试来验证。 ### 现在的太空垃圾有多严重 随着越来越多的卫星被发射到近地轨道中，太空垃圾已经成为一个日益严重的问题。 有人就比喻说，世界上最大的垃圾场并不在地球上，而是在近地轨道中。 这也和卫星发射的流程有关。火箭从发射中心发射，然后逐级助推，用光燃料的一级、二级助推器就会与火箭本体分离，重新掉落到地球表面，有的就直接在稠密大气层内被烧掉。 然而，也有相当一部分火箭残骸，或者整流罩，被留在了外太空上，无法得到处理，也就成了我们口中的「太空垃圾」。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/6dwGU6F8S5eUdUUi5cQp7E.jpg) 那么，本次日本设想的木质卫星，能否缓解「太空垃圾」的问题？一部分航天爱好者依旧持否定态度。 在他们看来，木质卫星的优点在于低成本，以及易焚毁，不会留下有害元素，不过后两点优势，只有在脱轨后进入大气层时才能体现出来。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/space_junk2.png) 可如果卫星本身无法主动脱轨，木质卫星依旧会成为太空垃圾的一部分。 试想一下，一个堪比航空材料硬度的木头，以轨道速度飞行，它的撞击力其实和铝合金没什么区别，这就和飞机撞鸟是一个道理。 如何让卫星主动、被动的离轨，节省出轨道资源，依旧是现在处理太空垃圾的主要手段，还有像 SpaceX 发展的火箭回收技术，则是避免产生更多的太空垃圾。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/v2-0f0200a3386c99b0facb2ad815979058.jpg) 去年，中国的嫦娥 5 号就有一个「受控离轨落月」的过程，让送回月样的上升器主动坠毁于月球表面，避免它占用轨道成为太空垃圾，影响后续人类的探月计划。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/remove.gif) 而那些无法再移动的残骸，就只能靠外力来解决。2018 年，欧洲航天局主导的一项 [RemoveDEBRIS](https://www.surrey.ac.uk/surrey-space-centre/missions/removedebris) 项目，便尝试用「太空捕鱼网」来捕捉轨道上的残骸，使其脱离轨道进入大气层。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/tether_wide-7df993d119ce90551d025d339eae7818a9df96e7.jpg) 2016 年，日本的「鹤」号垃圾收集器，还尝试则是靠一条金属锁链吸附残骸，使其减速脱轨。 总体来说，目前太空垃圾的清理方案有不少了，可成效显著的并不多。 毕竟，即使有了合适的技术，这类项目往往还面临着另一个难题，那就是成本。现阶段，比起处理垃圾，大多数太空项目还是更愿意把钱花在科研探索等目的上，它代表的是国家实力的象征，也是商业冒险的新契机。 根据统计，截止到今天，近地轨道上的太空垃圾碎片已经超过了 1 亿块，其中绝大部分只有厘米宽的，根本无法被追踪。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/ScreenShot-VideoID-Ez609kf49y8-TimeS-229.png) 可就算碎片只有 1 厘米长，当它的轨道飞行时速达到上万公里时，仍会给航天飞机，或者正在运行的卫星，带来相当可怕的破坏力。所以，现在很多航天飞行器都会设计额耐冲击的屏蔽罩，保护设备本体。 在未来，如果木质卫星想要成功运作，同样得考虑屏蔽设计的问题。 ![](https://s3.ifanr.com/wp-content/uploads/2021/01/mit.jpg) 另一方面，地球表面也还会有越来越多的卫星发射出去。[MIT 的报告显示](https://www.technologyreview.com/2019/06/26/755/satellite-constellations-orbiting-earth-quintuple/)，预计到 2025 年，每年从地球上发往太空的卫星将达到 1100 颗，而在 2018 年，新发射的卫星数量仅为 360 颗左右。 1978 年，天体物理学家唐纳德·凯斯勒（Donald Kessler）提到过一种假设。他认为如果近地轨道上存在过多的飞行物，最终就会因一次撞击，引发连环撞击，而无数的碎片便会在地球周围形成「垃圾带」，导致人类再也无法将航天器发射到太空上。 如今，这一假设也被称为「凯斯勒效应」，若是不想让太空垃圾变成地球的「牢笼」，人类迟早都得正视这些问题。