O satélite de madeira LignoSat do Japão em órbita

Um satélite de madeira parece coisa saída de um livro infantil. Ainda assim, o Japão já colocou um em órbita - e a motivação é tudo menos lúdica.

O espaço está cada vez mais congestionado: lançam-se mais satélites e, com isso, cresce a preocupação de que os materiais usados hoje deixem impactos muito para lá do fim de cada missão.

É neste contexto que surge o LignoSat, um satélite de madeira concebido por especialistas da Universidade de Quioto em colaboração com parceiros da comunidade espacial japonesa.

O design do LignoSat

O satélite tem a forma de um pequeno cubo, com cerca de 10 centímetros de lado. Apesar de compacto, o LignoSat coloca uma questão de grande alcance: poderá a madeira tornar-se um material realmente viável para futuras naves e plataformas espaciais?

Para observar o comportamento da madeira em órbita, o LignoSat foi libertado a partir da Estação Espacial Internacional (ISS) em dezembro de 2024.

No desenho final, recorreram-se a painéis de magnólia honoki, unidos através de uma técnica tradicional japonesa de carpintaria, dispensando colas e pregos.

Porque foi escolhida a madeira

A escolha do material teve um fundamento prático. Actualmente, a maioria dos satélites é construída com ligas de alumínio e outros metais.

Quando terminam a sua vida útil, os operadores costumam orientar estes equipamentos para reentrar na atmosfera terrestre. Nessa fase, queimam-se - mas o metal não desaparece por completo.

Satélites convencionais podem libertar minúsculas partículas de alumina, capazes de permanecer na atmosfera durante décadas.

Actividade humana para lá da Terra

O astronauta Takao Doi alerta que este problema pode agravar-se à medida que o número de lançamentos de satélites aumentar nos próximos anos.

A sua perspectiva assenta em experiência directa. Em 1997, voou no vaivém espacial Columbia e tornou-se o primeiro astronauta japonês a realizar uma actividade extraveicular. Voltou a voar em 2008.

Hoje, como investigador na Universidade de Quioto e professor visitante na Universidade de Ryukoku, Doi analisa formas de tornar a actividade humana fora da Terra mais limpa e sustentável.

Inspiração na cidade de Quioto

Parte do impulso para esta ideia veio da própria Quioto. A cidade alberga templos e santuários de madeira que resistem há séculos, apesar da chuva, da humidade, de insectos e de mudanças sazonais marcadas.

Ao observar essas construções, Doi não viu apenas património cultural - viu soluções de engenharia.

Se a madeira consegue durar tanto na Terra, questionou-se sobre o que poderia fazer no espaço, onde não há chuva nem insectos e onde faltam muitas das formas habituais de apodrecimento.

Testes de amostras de madeira no espaço

A equipa não optou por qualquer madeira. Depois de ensaiar várias possibilidades, os investigadores escolheram o honoki, uma magnólia japonesa apreciada pela sua estabilidade e facilidade de trabalho.

Tradicionalmente, artesãos usam este material em bainhas de espadas japonesas, por ser leve, liso e pouco propenso a deformações.

Em testes anteriores de exposição na ISS, amostras de madeira permaneceram mais de 240 dias no ambiente espacial, conhecido pela sua agressividade.

Os investigadores não detectaram fissuras relevantes, empeno, descamação, danos de superfície ou alterações de massa.

Temperatura e esforço nas juntas

Mesmo assim, o espaço impõe desafios que não existem na Terra.

Um satélite completa uma volta ao planeta aproximadamente a cada 90 minutos, alternando entre luz solar directa e a sombra da Terra.

Esta alternância pode submeter os materiais a variações térmicas extremas. Além disso, fixações metálicas podem gerar tensões, porque metal e madeira dilatam e contraem de forma diferente.

Um parafuso impecável numa cadeira ou num armário pode transformar-se num ponto fraco quando colocado em órbita.

Carpintaria japonesa em ambiente espacial

Perante esse risco, a equipa do LignoSat recorreu à carpintaria tradicional japonesa. A estrutura exterior de madeira usa um encaixe intertravado chamado tomegata kakushi arikumi-tsugi - muitas vezes descrito como um encaixe de cauda-de-andorinha em meia-esquadria cega.

Este método permite que as peças se mantenham unidas sem pregos nem adesivos.

Para o LignoSat, artesãos experientes moldaram painéis de madeira com 4 milímetros de espessura, com tolerâncias tão finas quanto 0.1 milímetro.

Essa precisão permitiu que uma técnica antiga cumprisse exigências de voo espacial.

Satélites com menos metal

O LignoSat ainda integra alguns componentes metálicos, já que teve de cumprir requisitos de segurança e de libertação associados à Estação Espacial Internacional.

Ainda assim, a ambição de longo prazo passa por criar satélites que dependam muito menos de metal, diminuam resíduos potencialmente nocivos na reentrada e testem se materiais naturais podem servir missões espaciais modernas.

O plano inicial incluía sensores a bordo para medir deformação, temperatura, efeitos da radiação e possíveis interferências do campo geomagnético da Terra.

Resultados da primeira missão

A primeira missão não decorreu sem contratempos. Depois de o LignoSat chegar à órbita, a equipa enfrentou dificuldades para estabelecer comunicações fiáveis com a estação terrestre.

Doi explicou que o objectivo principal era perceber se um satélite de madeira conseguia funcionar no vácuo do espaço.

Nesse aspecto, o projecto teve sucesso. O satélite completou uma missão de quatro meses.

A equipa prosseguiu a análise das prováveis causas do problema de comunicação, incluindo falhas de software e possíveis insucessos na abertura da antena.

Futuro da missão LignoSat

As versões seguintes vão incorporar as lições retiradas desta experiência. A equipa está a preparar o LignoSat-1R para um lançamento previsto no ano fiscal de 2027, tendo como meta central melhorar a comunicação com o solo.

Numa etapa posterior, o LignoSat-2 deverá adoptar uma antena de comunicação plana, guardada no interior da nave.

Os investigadores ponderam também aplicações práticas, como uma rede de satélites que ajude a manter comunicações depois de grandes desastres danificarem torres em terra.

Protecção da electrónica contra radiação

Um estudo recente publicado na revista Avanços na Investigação Espacial reforça a plausibilidade de satélites de madeira.

A equipa testou 10 espécies de madeira sob irradiação com feixe de protões, para avaliar até que ponto a madeira pode proteger a electrónica de uma nave contra a radiação espacial.

Os autores verificaram que algumas amostras tiveram um desempenho surpreendentemente bom.

Nos ensaios do estudo, painéis de 5 milímetros de Quercus e Betula schmidtii igualaram a capacidade de blindagem de 2 milímetros de alumínio.

Os investigadores concluíram que estes resultados apoiam o uso de estruturas leves de CubeSat em madeira, com potencial para reduzir detritos em missões na órbita baixa da Terra.

Um caminho prudente para o futuro

Isto não significa que os satélites do futuro passem a parecer cabanas em órbita.

Continuam por resolver questões difíceis relacionadas com durabilidade, radiação, ciclos térmicos, comunicações, fabrico e segurança de missão.

Ainda assim, o LignoSat indica que a madeira merece ser testada como material para uso espacial - e ilustra como conhecimento antigo pode combinar-se com tecnologia moderna de forma útil.

Implicações para a engenharia espacial

O satélite de madeira do Japão aproxima duas áreas que raramente se encontram: artesanato ancestral e engenharia espacial.

Uma das ideias vem de carpinteiros que aprenderam a fazer a madeira durar gerações.

A outra nasce de investigadores que procuram ferramentas mais limpas para a vida para lá da Terra.

O LignoSat liga estes dois mundos. É uma pequena caixa de madeira em órbita que levanta uma questão científica simples: poderá um dos materiais mais antigos da humanidade ajudar a tornar as missões espaciais futuras mais limpas?

O estudo completo foi publicado na revista Avanços na Investigação Espacial.