ممکن است روزی ساخت یک فضاپیما به سادگی تا کردن یک برگه کاغذ به شکل هواپیما و رها کردن آن برای حرکت با نیروی آیرودینامیک باشد. تیمی از پژوهشگران دانشگاه توکیو با شبیهسازی رهاسازی یک هواپیمای کاغذی از ایستگاه فضایی بینالمللی (ISS) بررسی کردند که آیا این هواپیمای ساده میتواند از ورود مجدد به جو زمین جان سالم به در ببرد یا نه.
در مقالهای منتشرشده در نشریه Acta Astronautica، این پژوهشگران نشان دادند که اریگامی (هنر تا کردن کاغذ) میتواند راهحلی برای مشکل فزاینده زبالههای فضایی در مدار پایین زمین باشد. بهجای استفاده صرف از فلزات در ساخت فضاپیماها، این تیم استدلال میکند که یک برگ معمولی کاغذ میتواند همان کار را انجام دهد و در هنگام بازگشت به جو زمین بهراحتی بسوزد و نابود شود. در این مطالعه، پژوهشگران هواپیمایی کاغذی با دمی از جنس آلومینیوم طراحی کردند و آن را در تونل بادی قرار دادند تا شرایط فضای نزدیک زمین را شبیهسازی کنند. هدف این پروژه ساده است: نشان دادن امکان استفاده از مواد آلی برای ساخت فضاپیماهایی پایدارتر و سازگار با محیط زیست.
هواپیمای فضایی اریگامی از یک برگ کاغذ A4 ساده بدون پوشش ساخته شده و در بخش جلویی آن لایههایی تا شده تا مرکز جرم به سمت جلو جابهجا شود و پایداری آیرودینامیکی فراهم گردد. در مقاله آمده: «چنین فضاپیماهایی تاکنون در فضا پرواز نکردهاند. مشخص نیست که دینامیک پروازی آنها در جو بسیار رقیق مدار پایین زمین مشابه هواپیماهای اریگامی در زمین باشد یا خیر، و اینکه آیا آنها میتوانند از ورود به جو جان سالم به در ببرند یا در حین ورود بسوزند.»
البته تمام فضاپیما از کاغذ ساخته نمیشود؛ بلکه تنها بخشهایی مانند بالها یا بادبانهای مقاومتی میتوانند از مواد پایهکاغذ ساخته شوند.
برای آزمودن این ایده، پژوهشگران ابتدا شبیهسازیای از پرتاب هواپیمای کاغذی از ایستگاه فضایی در ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری و سرعت ۷۸۰۰ متر بر ثانیه انجام دادند. این هواپیما در ابتدا پایدار باقی ماند و در شرایط فضایی سر خورد، اما در ارتفاع ۱۲۰ کیلومتری شروع به چرخیدن کرد و از کنترل خارج شد. این حرکت چرخشی در آن ارتفاع مورد انتظار است و گرمایش شدید آیرودینامیکی باعث میشود هواپیمای کاغذی در ارتفاعی بین ۹۰ تا ۱۱۰ کیلومتری بسوزد.
در مرحله بعد، یک مدل فیزیکی از هواپیما در تونل باد فراصوتی دانشگاه توکیو قرار گرفت تا مقاومت آن در شرایط ورود به جو آزمایش شود. این مدل در برابر سرعتی معادل ماخ ۷ به مدت حدود ۷ ثانیه قرار گرفت. در این مدت، نوک هواپیما خم شد و بالها علائم سوختگی نشان دادند. هرچند که کاملاً متلاشی نشد، اما پژوهشگران میگویند اگر زمان بیشتری در آن شرایط باقی میماند، احتمالاً کاملاً از بین میرفت.
در حالی که فضاپیماهای سنتی هنگام ورود به جو ذرات فلزی و مواد شیمیایی مضری برای لایه اوزون بهجا میگذارند، هواپیمای کاغذی از مواد آلی ساخته شده و تهدیدی زیستمحیطی ندارد. با این حال، چالشهایی باقی مانده است: این هواپیمای کوچک بازتاب راداری کافی ندارد و ردیابی آن در مدار دشوار است. پژوهشگران پیشنهاد میکنند از یک فرستنده موقعیتیاب کوچک برای حل این مشکل استفاده شود. همچنین به دلیل حساسیت زیاد به نیروی پسا، زمان حضور آن در مدار بسیار محدود است و تنها برای مأموریتهای کوتاهمدت با بارهای سبک مناسب خواهد بود.
هرچند هواپیمای فضایی اریگامی برای طیف گستردهای از مأموریتها مناسب نیست، اما به گفته پژوهشگران، میتوان از نسخههایی از آن به عنوان کاوشگرهای غیرفعال برای اندازهگیری چگالی جو یا به عنوان بستری برای مأموریتهای ارزانقیمت و کوتاهمدت در مدار پایین زمین بهره گرفت. آنها در مقاله خود مینویسند: «به دلیل هزینه بسیار پایین هواپیمای فضایی کاغذی، میتوان چندین پرتاب بهطور همزمان انجام داد و آنها را در بازههای زمانی منظم تکرار کرد تا اندازهگیریهای توزیعشده همزمانی بهدست آورد.»
ایده پرواز یک هواپیمای کاغذی کودکانه در فضا شاید بیش از حد ساده به نظر برسد، اما استفاده از کاغذ در فضاپیماها میتواند به حل مشکل تراکم بیش از حد فلزات در مدار پایین زمین و تبدیل آنها به زبالههای فضایی کمک کند.