Under de kommande åren kommer NASA att skicka astronauter till månen för första gången sedan Apollo-eran. Den här gången, och som en del av Artemis-programmet, planerar NASA också att bygga den nödvändiga infrastrukturen för att etablera en varaktig mänsklig närvaro på månen och så småningom uppdrag till Mars – inklusive Artemis Base Camp och kretsloppet Lunar Gateway .
De kommer att få lite ny utrustning, till exempel utforskning Extravehicular Mobility Unity (xEMU) rymddräkt och en snygg nyhet månlandare . Naturligtvis, eftersom Artemis-astronauterna också kommer att behöva hantera samma faror som sina föregångare – inte minst av dessa är måndamm (eller regolit). Lyckligtvis undersöker NASA en möjlig lösning i form av en handhållen elektron/ultraviolett (UV) enhet som kan minska denna fara.
Dr. Inseob Hahn, en programteknolog och projektledare vid NASA/JPL, beskrev enheten som en 'Moon duster' och sa att den 'kommer att vara som en typisk dammspruta på ditt skrivbord, men den fungerar utan luft.' Denna teknik kan bli en vanlig funktion för framtida månuppdrag, vilket gör det möjligt för astronauter att rensa bort sig efter att ha utfört extravehikulär aktivitet (EVA) på ytan.
Ett klibbigt problem
Som Apollo-astronauterna lärde sig är mycket av månens yta täckt av ett tjockt ark av fint pulver, som i huvudsak är de pulveriserade resterna av månstenar. Under loppet av miljarder år har jorden-månesystemet bombarderats med meteoriter, kometer och asteroider. Medan jorden skyddas av sin tjocka atmosfär, som gör att de flesta av dessa föremål brinner under inträde (eller förlorar större delen av sin massa), har månen inget sådant skydd.
Det har inte heller den atmosfäriska och geologiska aktivitet som jorden gör, vilket raderar bevisen för dessa effekter över tiden. Av dessa skäl har månens yta alltid varit pockad, kraterad och täckt med små skärvor av 'måndamm'. För att komplicera saken innebär avsaknaden av en atmosfär och magnetfält att månens yta ständigt utsätts för laddade partiklar som kommer från solen (aka. solvind).
Detta gör att den finkorniga kiseldioxiden blir elektrostatiskt laddad, vilket i kombination med dess taggiga natur gör den extra klibbig och nötande. För Apollo-astronauterna var detta damm en konstant olägenhet, som fastnade på rymddräkter, optiska linser, termiska filtar och utrustning. Det orsakade skador på rymddräkter, kom in i månlandaren och tekniska problem och till och med andningsproblem för astronauterna själva.
Den var också mycket motståndskraftig mot rengöringsinsatser, med astronauter som rapporterade att inte ens kraftig borstning kunde ta bort den. Ändå måste NASA och andra rymdorganisationer ha begränsningsåtgärder på plats om framtida planer för månutforskning ska bli framgångsrika. Detta är särskilt sant eftersom Artemis-programmet kräver skapandet av ett 'hållbart program för månutforskning' - med andra ord, att återvända till månen för att stanna!
Apollo 17-astronauten Harrison Schmitt samlar ett jordprov, hans rymddräkt belagd med damm. Kredit: NASA
En elektrostatisk lösning?
Hittills har NASA, ESA och andra rymdorganisationer och forskningsinstitut testat olika metoder (med Apollo-jordprover) för att lindra månens regolit. Detta inkluderar de senaste ansträngningarna på uppdrag av ESA för att utveckla nya material för rymddräkter, för vilka de samarbetade med den franska utvecklaren Comex , den Tyska instituten för textil- och fiberforskning , och den Österrikes rymdforum .
Dessutom har teknologer från NASA:s Goddard Space Center – som en del av Dynamiskt svar från miljöerna vid asteroider, månen och månar på Mars (DREAM2)-programmet – avslöjade nyligen en ny typ av beläggning som skulle kunna skydda framtida rovers, landare och andra fordon. Denna beläggning består av atomskikt av titanoxid som appliceras direkt på de torra pigmenten i färger med hjälp av en avancerad teknik som kallas atomskiktsavsättning.
Dessa metoder är dock förutsägbart dyra och kräver att komplexa designegenskaper införlivas i all hårdvara som är avsedd för månens yta i framtiden. Lyckligtvis har ett team av forskare från NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL) och University of Colorado Boulder (UCB) arbetat för att förverkliga ett beröringsfritt, fristående system som skulle vara handhållet och bärbart.
Den handhållna enheten förlitar sig på en fokuserad stråle av elektroner som skulle neutralisera den elektrostatiska laddningen från regoliten, vilket gör det möjligt att ta bort den utan att införa några begränsningar för uppdragsparametrar. Tekniken är baserad på insikter från tidigare studier av den naturliga elektrostatiska dammupptagningsprocessen, som kan ske på ytan av luftlösa kroppar, inklusive månen och asteroider.
Diagram som visar dammladdnings- och frigöringsmekanismerna (vänster) och bild av damm som stiger upp som ett resultat av elektronstråleexponering. Kredit: NASA Science
'Hoppande' damm
Sättet det fungerar på är enkelt, men ändå elegant. När en elektronstråle eller UV-fält appliceras på mikrohåligheter (som naturligt bildas i en hög med damm) orsakar det att en betydande negativ laddning byggs på ytan av dammpartiklarna. Den frånstötande kraften mellan dessa negativt laddade partiklar når så småningom den punkt där den får dem att stöta ut dem från ytan de höll sig fast vid.
För att testa sitt koncept placerade forskare vid CU Boulder (ledd av Xu Wang) en månregolitsimulant tillverkad av NASA i en vakuumkammare. De riktade sedan elektronstrålen mot ett antal ytor belagda med dessa partiklar, inklusive rymddräktstyg, glas och solpaneler. Hittills har testresultaten varit mycket uppmuntrande, med i genomsnitt cirka 75-85 % av dammpartiklarna som 'hoppar av' ytorna, vanligtvis på bara några minuter.
Teamet utvecklar för närvarande en testbädd vid NASA/JPL för att utvärdera hur tekniken skulle fungera i den extrema kylan i månmiljön. Utöver det tittar forskarna på olika experimentella metoder för att öka reningseffektiviteten hos elektronstrålen. Ju snabbare det kan ta bort damm, desto mer tid kommer astronauterna att ha för att utföra livsviktig forskning som bara kan göras på månen.
Med tanke på kostnadseffektiviteten som en handhållen enhet skulle ha jämfört med avancerade beläggningar och material, är det inte svårt att föreställa sig bärbara elektron/UV-enheter integrerade i framtida fordon och livsmiljöer. Specifikt kan det finnas vaggor i luftslussen där 'Moon dusters' är placerade för att ladda mellan användningarna. Närhelst besättningar återvänder från en EVA kan de tillbringa några minuter med att 'dammspränga' sina dräkter och utrustning innan de sätter sin fot i deras livsmiljö igen.
Illustration av Artemis-astronauter på månen. Kredit: NASA
Detta skulle inte bara avsevärt minska sannolikheten för att damm kommer att förstöra mekaniska enheter och elektronik. Det kommer också att vara ett oväntat för astronauternas hälsa, eftersom forskning har visat att exponering för regolit kan leda till andningsproblem (som t.ex. bronkit och lungcancer ). Uppriktigt sagt finns det tillräckligt med hälsorisker för astronauter utan att behöva oroa sig för att andas in taggiga mineralpartiklar!
Vidare läsning: NASA