Il primo satellite in legno al mondo è in arrivo, a forma di WISA Woodsat finlandese. Gli esperti di materiali dell'ESA stanno contribuendo con una suite di sensori sperimentali alla missione, oltre ad aiutare con i test pre-volo.

WISA Woodsat è un "CubeSat" 10x10x10 cm, un tipo di nanosatellite costituito da scatole standardizzate, ma con pannelli di superficie in compensato. Le uniche parti esterne non in legno di Woodsat sono binari angolari in alluminio utilizzati per il suo dispiegamento nello spazio più un selfie stick in metallo .

La missione è stata avviata da Jari Makinen, Scrittore e giornalista finlandese. Ha co-fondato una società chiamata Arctic Astronautics, che commercializza repliche completamente funzionanti di CubeSat pronti per l'orbita per l'istruzione, scopi formativi e hobbistici. "Mi è sempre piaciuto realizzare modellini di aeroplani, coinvolgendo molte parti in legno. Avendo lavorato nel campo dell'educazione spaziale, questo mi ha fatto pensare; perché non facciamo volare nello spazio materiali di legno?

"Così ho avuto l'idea prima di tutto di far volare un satellite di legno fino alla stratosfera, a bordo di un pallone meteorologico. È successo nel 2017 con una versione in legno di KitSat. Che essendo andato bene, abbiamo deciso di aggiornarlo e di andare effettivamente in orbita. Da lì il progetto è andato a gonfie vele:abbiamo trovato un supporto commerciale, e si è assicurato un posto su un lanciatore di elettroni del Rocket Lab in Nuova Zelanda."

Riccardo Rampini, rubrica ESA della sezione Fisica e Chimica dei Materiali, commenta:"È stato un programma serrato, ma abbiamo accolto con favore l'opportunità di contribuire al carico utile di Woodsat in cambio dell'aiuto nella valutazione della sua idoneità al volo.

"Il primo oggetto che imbarchiamo è un sensore di pressione, che ci permetterà di identificare la pressione locale nelle cavità di bordo nelle ore e nei giorni successivi al lancio in orbita. Questo è un fattore importante per l'accensione di sistemi ad alta potenza e antenne a radiofrequenza, perché piccole quantità di molecole nella cavità possono potenzialmente danneggiarle.

"Questo sensore è stato costruito per noi da Sens4 in Danimarca, che hanno fatto un ottimo lavoro per ridurre il loro design standard per adattarsi ai limiti di volume e potenza a bordo limitati."

L'ingegnere dei materiali dell'ESA Bruno Bras aggiunge:"La cosa buona è che abbiamo finito per ideare un dispositivo a basso costo che potrebbe trovare tutti i tipi di ulteriori usi, sia in orbita che a terra in ambienti di prova."

Accanto ad esso ci sarà un semplice LED con una fotoresistenza che rileva quando si accende. Ma la potenza del LED arriverà attraverso una plastica conduttiva stampata in 3D chiamata "polietere etere chetone", " o PEEK in breve, aprendo la prospettiva di potere di stampa o addirittura collegamenti di dati direttamente all'interno dei corpi delle future missioni spaziali.

L'ingegnere dei materiali dell'ESA Orcun Ergincan commenta:"L'altro oggetto è una microbilancia a cristalli di quarzo, fungendo da strumento di monitoraggio della contaminazione altamente sensibile, misurare eventuali depositi deboli nell'intervallo dei nanogrammi provenienti dall'elettronica di bordo e dalle superfici in legno stesse. Questo è stato contribuito da OpenQCM in Italia. Questa azienda sta anche costruendo lo stack complessivo del circuito stampato di tutti e tre i dimostratori con sensori incorporati".

Compensato per Woodsat

Gli sponsor di Woodsat includono UPM Plywood in Finlandia, tra i più grandi produttori di compensato al mondo.

"Il materiale di base per il compensato è la betulla, e usiamo praticamente lo stesso che potresti trovare in un negozio di ferramenta o per realizzare mobili, " spiega Samuli Nyman, ingegnere capo di Woodsat e co-fondatore di Arctic Astronautics.

"La differenza principale è che il normale compensato è troppo umido per gli usi spaziali, quindi mettiamo il nostro legno in una camera termica sottovuoto per asciugarlo. Quindi eseguiamo anche la deposizione dello strato atomico, aggiungendo uno strato molto sottile di ossido di alluminio, tipicamente utilizzato per incapsulare l'elettronica. Questo dovrebbe ridurre al minimo eventuali vapori indesiderati dal legno, noto come "degassamento" nel campo spaziale, proteggendo allo stesso tempo dagli effetti erosivi dell'ossigeno atomico. Proveremo anche altre vernici e lacche su alcune sezioni del legno".

Questa variante dell'ossigeno altamente reattivo si trova ai margini dell'atmosfera - il risultato della rottura delle molecole di ossigeno standard da parte della potente radiazione ultravioletta del Sole - ed è stata scoperta per la prima volta quando ha divorato le coperte termiche sui primi voli dello Space Shuttle.

I test pre-volo suggeriscono che il satellite, che orbiterà a circa 500-600 km di altitudine in un'orbita eliosincrona approssimativamente polare, dovrebbe sopravvivere alla sua esposizione all'ossigeno atomico. Ma si prevede che il legno venga oscurato dalla radiazione ultravioletta della luce solare non filtrata.

Bastone selfie integrato

"Abbiamo un paio di telecamere a bordo, con uno esteso su un selfie stick per guardare indietro al compensato e scattare foto per vedere come si comporta, " aggiunge Jari. "Vogliamo vedere i cambiamenti di colore e le crepe e così via".

La progettazione e la produzione del braccio della fotocamera si è rivelata un esercizio interessante:la struttura deve essere piccola quanto può essere all'interno del minuscolo satellite per il lancio, quindi estendere da esso il più lontano possibile quando nello spazio.

"Il progetto è stato realizzato dalla società di ingegneria finlandese Huld, spingendo la stampa 3D ai suoi limiti, " aggiunge Jari. "Per Huld il progetto Woodsat si è già rivelato un importante punto di riferimento per entrare in altri progetti di meccanica spaziale, pure."

Oltre alle fotocamere e alla suite di sensori donata dall'ESA, Woodsat trasporterà anche un carico utile per radioamatori che consentirà ai dilettanti di trasmettere segnali radio e immagini in tutto il mondo. Il downlink dei dati da questo collegamento radio "LoRa" facilita l'acquisto di una "stazione di terra" che costa solo € 10.

"Alla fine, Woodsat è semplicemente un bellissimo oggetto in termini di design tradizionale nordico e semplicità, dovrebbe essere molto interessante vederlo in orbita, " continua Jari. "La nostra speranza è che aiuti le persone a interessarsi maggiormente ai satelliti e al settore spaziale come qualcosa che tocca già tutte le nostre vite, e diventerà solo più grande in futuro."

Il lancio di Woodsat è previsto entro la fine di quest'anno.