Mainz, Deutschland – 7. März 2025 – Am 5. November 2024 startete mit Lignosat der weltweit erste Holzsatellit an Bord einer SpaceX-Mission zur Internationalen Raumstation ISS. Entwickelt von Forschern der Kyoto Universität in Zusammenarbeit mit dem Holzunternehmen Sumitomo Forestry, soll dieses innovative Projekt den Weg für nachhaltigere Raumfahrttechnologien ebnen.
Was macht Lignosat so besonders, und welche langfristigen Auswirkungen könnten Holzsatelliten auf die Raumfahrt haben?
Lignosat ist ein würfelförmiger CubeSat mit einer Kantenlänge von nur 10 cm. Sein Gehäuse besteht aus Magnolienholz, verbunden nach traditioneller japanischer Bauweise, das aufgrund seiner Stabilität und Widerstandsfähigkeit ausgewählt wurde.
Der wichtigste Aspekt des Experiments ist die Untersuchung der Weltraumtauglichkeit von Holz. Ein zentrales Kriterium ist dabei die Belastbarkeit des Materials unter extremen Bedingungen. Ein besonders herausfordernder Faktor sind die extremen Temperaturschwankungen im All. Innerhalb einer Stunde ändert sich die Temperatur von -100°C auf +100°C, da der Satellit in schneller Abfolge zwischen direkter Sonneneinstrahlung und dem Schatten der Erde wechselt. Holz besitzt isolierende Eigenschaften. Ob es dieser ständigen thermischen Belastung dauerhaft standhält, ist noch nicht erforscht. Sollte sich das Material als widerstandsfähig erweisen, könnte es für weitere Anwendungen in der Raumfahrt in Betracht gezogen werden.
Holz besitzt die bemerkenswerte Eigenschaft der elektromagnetische Transparenz. Während metallische Gehäuse elektromagnetische Wellen blockieren können und Antennen daher oft an der Außenseite eines Satelliten angebracht werden müssen, ermöglicht Holz die Platzierung von Antennen innerhalb der Struktur, ohne dass Signalstörungen auftreten.
Dies könnte langfristig neue Designs für Raumfahrzeuge und Kommunikationssysteme ermöglichen, da empfindliche Elektronik besser geschützt werden kann, ohne die Signalübertragung zu beeinträchtigen.
Obwohl Holz elektromagnetisch transparent ist, bietet es potenziell Schutz vor Weltraumstrahlung, was ein weiteres Untersuchungsfeld darstellt.
Hochenergetische Partikel aus der kosmischen Strahlung und Sonnenstürme können auf Materialien im All einwirken und diese langfristig schwächen. Besonders Halbleiterbauteile in Satelliten sind durch Strahlung gefährdet, da sie zu Funktionsstörungen führen kann. Die Wissenschaftler wollen herausfinden, ob Holz möglicherweise eine abschirmende Wirkung hat oder ob es langfristig beschädigt wird. Sollte es eine natürliche Barriere gegen bestimmte Strahlungen darstellen, könnte es helfen, sensible Elektronik in zukünftigen Raumfahrzeugen besser zu schützen.
Zusätzlich wird der Einfluss des geomagnetischen Feldes auf den Satelliten analysiert. Der Erdorbit ist von starken Magnetfeldern durchzogen, die insbesondere metallische Bestandteile beeinflussen können. Es wird überprüft, ob das Holzgehäuse dabei möglicherweise eine Rolle spielt und ob sich geomagnetische Einflüsse negativ auf die Funktionalität des Satelliten auswirken. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die künftige Nutzung von Holz als Baumaterial für weitere Weltraumanwendungen.
Die Umweltfreundlichkeit ist ein weiterer Vorteil eines Holzsatelliten. Während herkömmliche Satelliten beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre oft toxische Rückstände hinterlassen, soll Lignosat rückstandslos verglühen und nur biologisch abbaubare Asche freisetzen. Zudem könnte Holz als Material eine kostengünstigere Alternative zu Aluminium und Titan sein und gleichzeitig neue technologische Möglichkeiten eröffnen.
Ein gewichtiges Argument für Holzsatelliten ist die Problematik des Weltraummülls.
Aktuell befinden sich etwa eine Million Teile größer als 1 cm im Erdorbit, mit zunehmender Tendenz. Trümmerteile können mit Geschwindigkeiten von bis zu 7,5 km/s kollidieren, was bereits kleinste Objekte zu einer ernsthaften Bedrohung für Raumfahrzeuge macht.
Besonders gefährlich ist das sogenannte Kessler-Syndrom.
Eine Kettenreaktion, bei der Kollisionen immer mehr Trümmer erzeugen, könnte dazu führen, dass bestimmte Erdorbits langfristig unbenutzbar werden.
Laut der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gibt es über 36.000 katalogisierte Trümmerstücke größer als 10 cm, und insgesamt schätzt man, dass sich etwa 130 Millionen Partikel mit einer Größe unter einem Zentimeter im Orbit befinden. Diese winzigen Fragmente sind aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit besonders gefährlich, da selbst kleine Partikel wie ein Farbrest Einschlagenergien erzeugen können, die ein Raumfahrzeug beschädigen oder sogar zerstören.
Die steigende Anzahl von Satellitenstarts verschärft das Problem weiter. Private Unternehmen wie SpaceX planen Mega-Konstellationen mit Tausenden von Satelliten, was das Risiko zukünftiger Kollisionen weiter erhöht.
Experten warnen, dass ohne konsequente Maßnahmen zur Müllvermeidung und zum Rückbau inaktiver Satelliten in wenigen Jahrzehnten bestimmte Umlaufbahnen unbrauchbar werden könnten.
Holzsatelliten wie Lignosat könnten hier eine Lösung darstellen. Sollten die Experimente erfolgreich verlaufen, könnte Holz in Zukunft eine größere Rolle in der Raumfahrt spielen. Denkbar sind nicht nur weitere Satelliten aus Holz, sondern sogar ganze Raumstationen oder Habitaten auf dem Mond oder Mars.
Die Erforschung nachhaltiger Materialien für den Weltraum steht noch am Anfang, doch Projekte wie Lignosat könnten einen Paradigmenwechsel einleiten und eine nachhaltigere Zukunft im All ermöglichen.
Quellen:
https://www.sdo.esoc.esa.int/environment_report/Space_Environment_Report_latest.pdf
https://www.nasa.gov/image-article/jaxas-first-wooden-satellite-deploys-from-space-station/
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