一位资深工程师建议用菌丝制造卫星，以缓解空间碎片和环境污染问题。
撰文|Matt Williams
翻译|牛华康
审校|张和持王昱
据欧洲航天局太空碎片办公室（Space Debris Office，SDO）的最新数据显示，目前大约有6900颗人造卫星在轨运行。由于大量微小卫星的发射已提上日程，以及互联网和通讯方面的迫切需求，今后在轨卫星的数量程度将呈指数级增长。这不仅会产生轨道碎片，增加意外撞击风险，还会造成环境问题。
因此，许多工程师、设计师以及卫星领域的制造商都在重新设计他们的卫星。作为前海军陆战队队员和网络安全专家，在航天工业领域工作多年的“赛博农夫”Max Justice也对此展开了研究。目前，他正在试图利用菌丝体纤维研制一款新型卫星。这种坚固、耐热、韧性好又环保的材料很可能会为本就蓬勃发展的卫星产业带来巨大变革。
目前而言，人造卫星已显露出诸多隐患，其中一个最令人担忧的问题就是碰撞风险。在卫星轨道衰减进入大气层燃烧之前，它们很可能会相互碰撞形成更小的太空碎片。如不加以预防，会导致轨道上的太空碎片呈指数级增长。所以，一些卫星制造商正致力于研究如何使卫星更快脱离轨道。
然而还有另一个经常被人们所忽视的风险，那就是卫星坠入大气层后燃烧所带来的污染问题。卫星燃烧后残留的含铝微粒和其他有毒物质会在高层大气中漂浮多年，可能造成环境问题。Max Justice认为，如果可以在卫星的一些结构上使用菌丝体纤维材料，那么上述两个问题或许能得到解决。
从本质上来说，菌丝体纤维是一种富含蛋白质的多细胞材料。我们一般从真菌的根结构中提取该物质，如果对其进行培养，它最终会形成宏观结构的菌类，比如我们熟悉的蘑菇。在其生长过程中，菌丝会释放出酶，将糖或植物废弃物转化为可用的营养物质。虽然它通常生长在土壤中，但这一特质使其几乎在任何基质中都能构建起菌丝网络。
当下正在研究的是，如何将诸多有机纤维应用于建筑行业和制造业。作为研究对象之一，经过干燥处理的菌丝体重量轻且极其坚韧，抗拉强度可与丝绸媲美。许多相关人员都致力于用其制造出廉价、耐用、无毒的材料，用于环保建筑、绝缘材料和塑料之中。
例如，建筑和设计公司Evocative和The Living多年来一直使用菌丝体来制造原材料和成品。菌丝体也被证明可用于消除建筑垃圾中的有害化学物质。当与3D打印搭配时，菌丝体也可以用来制造椅子和其他家具。
其他应用还包括纸、冲浪板、皮革、鞋和培根，甚至是分解人类遗骸的棺材。演员Luke Perry于2019年去世时，他的女儿就表示他是穿“真菌西服”下葬的。Justice在发给Universe Today的电子邮件中所表示，这种天然纤维在目前的制造和材料革命中占有重要地位：“人们逐渐意识到真菌，尤其是菌丝体在日常生活中的替代能力是多么强大，它可以替代各种肉类，包括猪肉、牛肉和鸡肉，各种皮革制品，包括鞋子、帽子和衣服，建筑材料如砖，在建筑中发挥隔音、阻燃隔热的作用，以及包装材料、家具、螺纹螺栓、手提包、宠物食品等等。甚至有一些真菌学家和其他科学家在研究以油和塑料为食的菌丝体。”
如果将菌丝体用于制造卫星呢？Justice能朝这个方向思考，还是受到了日本住友林业和京都大学目前研究的启发，该研究在日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）前宇航员、京都大学航空航天工程教授Takao Doi的指导下进行，正致力于制造第一颗“木制卫星”。
该计划使用一种能抵抗剧烈温度变化和阳光直射的纤维素纤维（木材）层。Doi最近在接受BBC采访时表示：“我们心系卫星所造成的环境污染问题。它们坠入地球大气层时会燃烧产生微小的氧化铝颗粒，这些颗粒会高层大气中漂浮多年，最终影响地球环境。”
但Justice指出，菌丝体不仅比木材更坚固、更有弹性，而且可再生性和可持续性也更好。而且据他解释，这还只是它的一小部分优点：“不同的菌丝体有不同的特点，有的比木材坚固，有的拉伸性更好，有的更轻，有的天然地更具有阻燃性。我甚至用丙烷割炬对菌丝块切割了至少5分钟，最后只是冒烟。菌丝体的重量很轻，密度比水还小；可以经受住太空的低温而不用担心冷焊现象。我们还可以通过在菌株中添加金属材料，让其来传输各种类型的信号。卫星要经历太空各种极端环境的考验，因此，这对其来说是一种极其合适的材料。”
让我们继续谈最危险的空间碎片问题。SDO的数据显示，自1957年第一颗人造卫星（Sputnik 1）发射以来，目前已发生过560多起涉及解体、爆炸、碰撞，或其他导致卫星碎片化的事故。预计在未来几年内，空间碎片对近地轨道卫星和航天器的威胁将进一步增加。
“凯斯勒现象”指卫星碰撞和解体后产生的微小碎片会造成更多的碰撞。几十年来，众多航天机构和天文学家对此忧心忡忡，并希望通过减少太空垃圾来降低该问题发生的可能。Justice认为，使用菌丝体纤维等材料可作为生产端的一种缓解措施。
Justice说：“空间碎片绝对是太空垃圾中的垃圾！当它以26875km/h的速度飞行，足以造成巨大灾难。而菌丝体耐高温，化学键强，在撞击中不容易被撕碎，不会成为对航天器造成重大威胁的那种微小碎片。”
考虑到菌丝体的优势和它在几个不同行业中的重要作用，人们不禁要问，为什么还不在航天领域大规模使用这种材料？虽然有一些涉及菌丝体的项目，比如火星城市设计公司（Mars City Design，MCD）正在探索如何利用菌丝体建立火星基地，但目前还没有与菌丝体卫星类似的研究。
正如他自己所说的，Justice“正在制造菌丝体卫星的道路上孤军奋战”。其位于西弗吉尼亚州瀑布镇（Falling Waters）的Setas Mushrooms公司，以培养新鲜、完全有机的可食用菌类为主业。此外，它还能出产客户所需的任何形状的菌丝块，这些菌丝块通常需要近两个月的时间才能成型，重量分别为0.45、2.25和4.5公斤。
Justice 说：“我已经在航天领域工作15年了，工作单位包括一些NGO，如国家侦察办公室（Natiopnal Reconnaissance Office）和国家地理空间情报局（National Geospatial-Intelligence Agency），以及NASA。然而在我之前，没有人尝试过将菌丝体应用于此，我的工作着实令他们大吃一惊。我希望NASA和其他政府机构，或私营航天公司如SpaceX、Bigelow、ISISpace、Visioneering等，也能对这样低成本、轻质、阻燃、高度可持续的材料产生兴趣。”
人类目前的在轨卫星约有4000颗，且数量还在不断增加。SpaceX于2019年5月开始，以每个月数次，每次发射60颗的频率，分批次发射“星链”宽带互联网卫星。自2021年3月以来，其发射的卫星约为平均每月300颗，如今已构成了一个含1443颗卫星的星座；而他们最终计划建造一个12000颗卫星的巨型星座。
与此同时，跨国电子商务巨头亚马逊也计划发射3236颗宽带卫星。自2012年，Viasat和回声星通信公司的子公司Hughes也通过他们的电信卫星星座提供宽带互联网服务，预计到2050年，全球互联网接入人数将达到全球人口的90%即87.3亿，卫星数量也会因此而进一步增加。
原标题：你盘子里的蘑菇能变成太空中的卫星
