Houten beschermer
In de jaren ’60 wilde de Amerikanen de maan beter verkennen (1). En daartoe wilden ze data van het maanoppervlak verkrijgen. Met het Ranger project moesten de eerste close-up beelden van de maan worden geschoten. Ranger 1 en 2 kwamen niet zo ver, maar Ranger 3, 4, en 5 kwamen een stuk verder. De wetenschappelijke apparatuur aan boord van deze Rangers moesten de impact van de maanlanding overleven. En daarvoor werd gekozen voor een grote balsa houten bol van 65cm diameter, waar de meetapparatuur in verpakt werd. Deze ‘beschermhoes’ moest de schok van de impact absorberen, kon een beetje rond rollen tot hij uiteindelijk stil zou komen te liggen, waarna de meetapparatuur door de vloeistof waarmee de bol gevuld was zou worden ‘recht’ komen te liggen zodat het meetwerk kon beginnen. Helaas is Ranger 3 ca. 36.000km naast de maan geschoten, Ranger 4 op de maan gecrasht en Ranger 5 700km naast de maan geschoten.
Houten raket
Sinds de jaren ’90 bouwen de Chinezen raketten met hout (2). Om precies te zijn, is het hitteschild van hout. De reden hiervan is dat hout unieke eigenschappen heeft ten opzichte van metaal. De neus van de raket, waar het hitteschild zich bevindt, wordt blootgesteld aan temperaturen van 1500 graden Celsius. Dat is zo heet, dat de meeste metalen vloeibaar worden. Bij ’thuiskomst’ zorgt de wrijving tussen de atmosfeer en de raket er in dat geval voor dat de gehele raket kan smelten en vloeibaar wordt. Daarom is het beter om te kiezen voor een hitte-bestendig materiaal. Een van de opties daarvoor is hout.
Hout heeft voorspelbaar brandgedrag
De keuze voor hout vanuit de Chinezen is vanwege het voorspelbare brandgedrag van hout. Die wrijving tussen de raket en de atmosfeer zorgt ervoor dat het hout gaat branden. En het verbrandde hout verandert in houtskool. Dit houtskool wordt laagje voor laagje door de wind afgepeld, terwijl de raket daalt. Tegelijkertijd verbrandt dan weliswaar een nieuwe laag hout, die vervolgens ook weer in houtskool verandert. En dit gaat zo door tot het hout helemaal opgebrand is. Maar terwijl het hout verbrand en in houtskool verandert, isoleert het de hitte goed, en laat het weinig hitte door aan het onderliggende metaal. Met een hitte schild van 15 cm eikenhout, hebben de Chinezen zo een interessante oplossing bedacht!
Geen ruimteafval
Maar ook in recentere tijden is hout nog een populair materiaal in de ruimtevaart. In 2021 kondigde de BBC aan dat onderzoekers aan de Kyoto Universiteit in Japan een samenwerking waren aangegaan met een Japans bosbouw bedrijf (Sumitomo Forestry) om de eerste houten satelliet te ontwerpen. De satelliet zou in 2023 gelanceerd gaan worden. Eén van de voordelen van een houten satelliet is dat bij terugkomst in de atmosfeer doordat hout een natuurlijk materiaal is dat geen toxische deeltjes vrijlaat (3).
Houten satelliet
Goed voorbeeld doet volgen. De ESA (Europeas Space Agency) heeft inmiddels ook een houten satelliet ontwikkelt; de WISA-Woodsat, en is vooral gemaakt uit berken plaatmateriaal (6). De eigenschappen van plaatmateriaal (sterkte, stijfheid, duurzaamheid) zorgen ervoor dat het een goed materiaal is voor de ruimtevaart. Een eerste stap is om te testen hoe het deze houten satelliet met dit speciale plaatmateriaal van hoge kwaliteit, ontwikkeld door UPM, vergaat. Het grootste verschil t.o.v. regulier plaatmateriaal is het vochtgehalte; dat is voor de ruimte nog veel verder terug gedroogd. Als het project slaagt, dan is hout mogelijk een goedkoper alternatief dan de traditionele materialen gebruikt in de ruimtevaart.
Voor- en nadelen van hout in de ruimte
Veel moderne ruimtevaartobjecten worden tegenwoordig gemaakt van carbonfiber, in essentie een natuurlijk materiaal met een technische upgrade. Maar hout heeft veel voordelen ten opzichte van andere materialen, waaronder de sterkte-in-verhouding-tot-gewicht-ratio en de eerder genoemde sterkte, stijfheid en duurzaamheidseigenschappen alsmede het voorspelbare brandgedrag. En bovendien veroorzaakt het minder ruimte afval. Maar er zijn ook uitdagingen bij het gebruik van hout. Door de manier waarop bomen groeien, kan het ene stuk hout sterker zijn dan het andere, hoewel dit bij plaatmateriaal is geminimaliseerd. Het vervormen van hout, zonder sterkte verlies is een uitdaging. En hout raakt de opgenomen energie van een impact niet makkelijk kwijt. Bovendien is er in de ruimte stralingsschade, wat de mechanische sterkte van hout aanzienlijk zou kunnen aantasten. ESA zal het hout, samen met diverse afwerkingen gaan testen. De satelliet zal naar verwachting eind dit jaar worden gelanceerd vanaf Nieuw Zeeland.
(1) The First Wooden Spacecraft – Scientific American Blog Network
(2) Space oddities | New Scientist
(3) Japan Sending Wood Satellite Into Space: History of Wood in Space (popularmechanics.com)
(4) Japan developing wooden satellites to cut space junk – BBC News
(5) NASA Jet Propulsion Laboratory Blog | Ranger Impact Limiter
(6) Europe Is Launching A Satellite Made of Plywood Into Space : NPR
