_ Electrozii din costumele spațiale ar putea proteja astronauții de la praful dăunător de pe Marte

Pentru a-l cita pe administratorul asociat al NASA, Jim Reuter, trimiterea de misiuni cu echipaj pe Marte până în 2040 este un „obiectiv îndrăzneț”. Provocările includ distanța implicată, care poate dura până la șase luni pentru a parcurge folosind metode convenționale de propulsie. Apoi, există pericolul reprezentat de radiații, care include expunerea crescută la particule solare, erupții și razele cosmice galactice (GCR). Și apoi mai este timpul pe care echipajele îl vor petrece în microgravitație în timpul tranzitelor, care poate avea un impact serios asupra sănătății umane, fiziologiei și psihologiei.

Dar ce zici de provocările de a trăi și de a lucra pe Marte timp de câteva luni. la un moment dat? În timp ce radiațiile ridicate și gravitația mai scăzută sunt o preocupare, la fel este și regolitul marțian. La fel ca regolitul lunar, praful de pe Marte va adera la costumele spațiale ale astronauților și va provoca uzură echipamentului lor. Cu toate acestea, conține și particule dăunătoare care trebuie îndepărtate pentru a preveni contaminarea habitatelor. Într-un studiu recent, o echipă de ingineri aerospațiali a testat un nou sistem electrostatic pentru îndepărtarea regolitului marțian din costumele spațiale, care ar putea elimina praful dăunător cu o eficiență de până la 98%.

Noul sistem a fost proiectat de Benjamin M. Griggs și Lucinda Berthoud, student la master în inginerie și profesor de inginerie a sistemelor spațiale (respectiv) la Departamentul de Inginerie Aerospațială de la Universitatea din Bristol, Marea Britanie. Lucrarea care descrie sistemul și procesul de verificare a fost publicată recent în revista Acta Astronautica. După cum explică ei, sistemul de îndepărtare electrostatică (ERS) propus de ei utilizează fenomenul dielectroforezei (DEP) pentru a îndepărta praful marțian din țesăturile costumelor spațiale.

La fel ca omologul său lunar, regolitul marțian este de așteptat să fie încărcat electrostatic. datorită expunerii la radiații cosmice. Dar pe Marte, există și contribuția adusă de diavolii de praf și furtunile, despre care se știe că generează descărcări electrostatice (alias fulgere). În timpul misiunilor Apollo, astronauții au raportat cum regolitul lunar va adera la costumele lor și va fi urmărit înapoi în modulele lor lunare. Odată înăuntru, s-ar lipi în mod similar de orice și s-ar pătrunde în ochii și plămânii lor, provocând iritații și probleme respiratorii.

Având în vedere planurile lor de a returna astronauții pe Lună prin programul Artemis, NASA investighează mai multe metode de împiedică regolitul să intre în modulele de locuit, cum ar fi tehnologia de acoperire pentru costumele spațiale și fasciculele de electroni pentru curățarea acestora. În timp ce praful marțian este de așteptat să provoace uzură similară costumelor spațiale, situația se înrăutățește deoarece poate conține particule toxice. După cum a explicat Griggs pentru Universe Today prin e-mail:

„Pe lângă faptul că are un efect abraziv asupra costumelor spațiale în sine, regolitul marțian este de asemenea de așteptat să prezinte probleme de sănătate astronauților. Se știe că conține o serie de particule dăunătoare care pot să fie cancerigen sau să cauzeze probleme respiratorii, iar datele din misiunea Pathfinder au arătat prezența particulelor toxice precum cromul. Prin urmare, regolitul marțian va necesita îndepărtarea din costumele spațiale înainte de intrarea în zonele de locuit de pe Marte pentru a preveni contactul dintre astronauți și particulele de regolit."

Principiul din spatele dispozitivului, dielectroforeza (DEP), se referă la mișcarea particulelor neutre atunci când sunt supuse unui câmp electric neuniform. Sistemul de îndepărtare electrostatică (ERS) propus de ei cuprinde două componente: un generator de forme de undă de înaltă tensiune (HVWG) utilizat pentru a produce unde pătrate cu frecvențe și amplitudini variabile de până la 1000 de volți și un dispozitiv de îndepărtare electrostatică (ERD) constând dintr-o serie de electrozi paraleli de cupru. . Când undele pătrate sunt aplicate peste electrozii din ERD, este generat un câmp electric mare și variabil. După cum a rezumat Griggs:

„De aceea, atunci când particulele de praf intră pe suprafața ERD, particulele de praf sunt deplasate printr-o combinație de forțe electrostatice și dielectroforetice (datorită câmpului electric mare), care acționează asupra încărcării și neîncărcate. particule, respectiv în interiorul prafului. Acest lucru acționează pentru a deplasa particulele de praf într-o direcție perpendiculară pe electrozi, având ca rezultat curățarea suprafeței ERD."

Pentru a evalua performanța sistemului propus, Griggs și Prof. Berthoud a dezvoltat un experiment pentru a investiga mai multe variabile cheie. Aceasta a inclus frecvența și amplitudinea undelor pătrate, distanța dintre electrozi, înclinarea suprafeței ERD, distanța dintre electrozi și stratul de praf și materialul suprafeței de pe care este îndepărtat praful. Primul pas a fost producerea de modele analitice, ceea ce a fost o sarcină extrem de complexă pentru acest sistem, iar modelele numerice anterioare nu au fost deosebit de utile.

„Pentru această lucrare, un model mai simplu a fost, prin urmare, derivat folosind legea lui Couloumb și legea dielectroforezei pentru o predicție preliminară a efectului parametrilor, inclusiv amplitudinea undei pătrate, distanța dintre electrozi și separarea praf-electrod (distanța reală dintre electrozi și particulele de praf pe care le îndepărtează) asupra performanței sistemului", a spus Griggs. Următorul pas a fost pregătirea unui experiment care să cuantifice performanța și comportamentul optim al sistemului propus și să măsoare efectele acestuia. După cum a descris Griggs:

„Au fost dezvoltate două valori pentru cuantificarea și compararea performanței sistemului în timpul testării: performanța de curățare (% din suprafața care a fost limpede nu conținea particule de praf) și rata de curățare (o rată normalizată). de curățare pe baza timpului necesar pentru a trece de la 5% la 60% din performanța finală de curățare). Au fost explorate experimental o gamă largă de parametri, inclusiv frecvența și amplitudinea undei pătrate aplicate peste electrozi. Sistemul a fost apoi aplicat pentru îndepărtarea praf din stratul exterior al costumelor spațiale prin integrarea unui strat de orto-țesătură (stratul exterior al costumelor spațiale) între sistem și un strat de particule de praf."

Din testele lor, ei au descoperit că sistemul a realizat o performanță optimă de curățare de 98% atunci când este integrat direct sub un strat de particule de praf. Cu toate acestea, aceasta a scăzut semnificativ atunci când a fost introdus stratul exterior din cauza distanței crescute dintre sistem și particulele de praf. Ca rezultat, ei au concluzionat că acest sistem ar trebui probabil integrat direct în stratul exterior al costumelor spațiale pentru a crește performanța, eventual țesut în materialul propriu-zis. Sistemul oferă o metodă non-abrazivă pentru îndepărtarea prafului, care este esențială pentru viitoarele misiuni pe Marte.

Cu toate acestea, așa cum a rezumat Griggs, sunt necesare perfecționări suplimentare înainte ca tehnologia să poată fi utilizată în misiuni viitoare. În plus, beneficiile potențiale depășesc sănătatea astronauților și îndepărtarea prafului din costumele spațiale:

„Acest concept a fost deja explorat cu succes, deși prin însăși natura sa compromite integritatea stratului exterior al costumului spațial. prin urmare, tehnologia necesită perfecționare înainte de aplicarea în viitoarele misiuni pe Marte.Tehnologia oferă o alternativă adecvată la metodele mecanice de îndepărtare a prafului utilizate în misiunile Apollo de scurtă durată (periere și aspirare), care nu sunt potrivite pentru misiunile marțiane mai lungi din cauza efectului lor abraziv. pe costumele spațiale. Prin urmare, este și o tehnologie foarte promițătoare pentru îndepărtarea prafului în alte aplicații, cum ar fi îndepărtarea prafului de pe panouri solare sau dispozitive optice, care vor fi esențiale în viitoarele misiuni pe Marte.”

(Fluierul)