Taiteilijan käsitys mahdollisista tutkimusohjelmista. Kuvan luotto: NASA Klikkaa suuremmaksi
Oletko koskaan käynyt kuivana talvipäivänä nahkapohjaisissa kengissä olevan villamaton poikki ja kännin sitten kohti ovenkahvaa? ZAP! Pisto kipinä kippaa sormesi ja metallinupin välillä.
Se on staattinen purkaus - salamannopea.
Staattinen purkaus on vain ärsyttävää kaikille maapallon asukkaille, joiden talvien kosteus on poikkeuksellisen matala. Mutta Kuun tai Marsin astronautteille staattinen purkaus voi olla todellinen ongelma.
"Mielestämme Marsilla maaperä on niin kuiva ja eristävä, että jos astronautti kävelisi, kun hän palaa elinympäristöönsä ja ojensi avataksesi ilmakallon, pieni salama saattaa räjähtää kriittisen elektroniikan", selittää Geoffrey A Landis, aurinkokenno- ja avaruusympäristövaikutusten osaston fyysikko NASA Glennin tutkimuskeskuksessa Clevelandissa, Ohiossa.
Tätä ilmiötä kutsutaan triboelektriseksi varaukseksi.
Etuliite “tribo” (lausutaan TRY-bo) tarkoittaa ”hankausta”. Kun tietyt parit toisistaan poikkeavia materiaaleja, kuten villa ja kova kenkäpohjan nahka, hierovat yhdessä, yksi materiaali luovuttaa osan elektronistaan toiseen. Latauksen erottelu voi luoda vahvan sähkökentän.
Täällä maan päällä, ympärillämme olevalla ilmalla ja käyttämillämme vaatteilla on yleensä tarpeeksi kosteutta, jotta ne olisivat kunnollisia sähköjohteita, joten kaikilla kävelyillä tai hankauksella erotetuilla varauksilla on valmis polku maahan. Elektronit vuotavat maahan sen sijaan, että ne kerääntyisivät kehoosi.
Mutta kun ilma ja materiaalit ovat poikkeuksellisen kuivia, kuten kuivalla talvipäivänä, ne ovat erinomaisia eristeitä, joten maahan ei ole valmista polkua. Kehosi voi kerätä negatiivisia varauksia, mahdollisesti jopa hämmästyttävään 20 tuhanteen voltiin. Jos kosketat johdinta, kuten metallista ovenkahvaa, niin - ZAP! - kaikki kertyneet elektronit purkautuvat kerralla.
Kuussa ja Marsissa olosuhteet ovat ihanteelliset triboelektriseen lataukseen. Maaperä on kuivempi kuin aavikkohiekka maan päällä. Se tekee siitä erinomaisen sähköeristimen. Lisäksi maaperä ja suurin osa avaruuspukuissa ja avaruusaluksissa käytetyistä materiaaleista (esim. Alumiininen mylaari, neopreenipäällysteinen nylon, Dacron, uretaanipäällysteinen nylon, trikoo ja ruostumaton teräs) ovat täysin erilaisia. Kun astronautit kävelevät tai roverit vierittävät maan yli, heidän saappaat tai pyörät keräävät elektroneja hieroessaan soran ja pölyn läpi. Koska maaperä on eristävä eikä tarjoa mitään polkua maahan, avaruuspuku tai rover voi muodostaa valtavan triboelektrisen varauksen, jonka suuruutta ei vielä tunneta. Ja kun astronautti tai ajoneuvo palaa takaisin alustaan ja koskettaa metallia - ZAP! Jalustassa olevat valot voivat sammua tai pahempaa.
Landis ja kollegat NASA Glennistä huomasivat tämän ongelman ensimmäisen kerran 1990-luvun lopulla ennen Mars Pathfinderin käynnistämistä. "Kun juoksimme Sojourner-moottorin prototyyppipyörää simuloidun marsilaisen pölyn yli simuloidussa Marsin ilmakehässä, löysimme sen latautuvan satojen volttien", hän muistelee.
Tämä löytö huolestutti tutkijoita niin, että he muuttivat Pathfinderin roverin suunnittelua lisäämällä puoli tuumaa pitkiä neuloja, jotka oli valmistettu erittäin ohuesta (halkaisija 0,0001 tuumaa) volframilangasta, joka on teroitettu pisteeseen, antennien pohjaan. Neulat mahdollistaisivat, että kaikki roverille rakennetut sähkölataukset pääsevät ohuttaan marsilaiseen ilmakehään “kuin kääntöpuolella toimiva pienoiskoossa oleva salaman sauva”, kertoo Kennedyn avaruuskeskuksen NASA: n sähköstaattisen ja pintafysiikan laboratorion johtava tutkija Carlos Calle. , Florida. Samanlaisia suojaneuloja asennettiin myös Spirit- ja Opportunity-kiskoihin.
Kuulla "Apollon astronautit eivät koskaan ilmoittaneet olevansa potkut sähköstaattisista purkauksista", toteaa Calle. ”Tulevat kuukausimatkat, joissa käytetään suuria louhintalaitteita siirtääkseen paljon kuivaa likaa ja pölyä, voivat kuitenkin tuottaa sähköstaattisia kenttiä. Koska kuussa ei ole ilmapiiriä, kentät voivat kasvaa melko vahvoiksi. Lopulta purkautumisia voi tapahtua tyhjiössä. "
"Marsilla", hän jatkaa, "purkauksia voi tapahtua korkeintaan muutama sata volttia. On todennäköistä, että nämä tapahtuvat koronan hehkujen muodossa pikemminkin kuin salamanpultit. Sellaisinaan ne eivät välttämättä ole hengenvaarallisia astronautteille, mutta ne voivat olla haitallisia elektronisille laitteille. "
Joten mikä on ratkaisu tähän ongelmaan?
Täällä maan päällä se on yksinkertainen: minimoimme staattisen purkauksen maadoittamalla sähköjärjestelmät. Niiden maadoittaminen tarkoittaa kirjaimellisesti yhdistämistä maata rikkoviin kuparitankoihin syvälle maahan. Maatangot toimivat hyvin useimmissa maapallon paikoissa, koska useita jalkoja syvällä maaperä on kostea ja on siten hyvä johdin. Maa itse tarjoaa "elektronien meren", joka neutraloi kaiken siihen kytketyn, Calle selittää.
Kuun tai Marsin maaperässä ei kuitenkaan ole kosteutta. Edes jään, jonka uskotaan tunkeutuvan Marsin maaperään, ei olisi apua, koska "jäätynyt vesi ei ole kovinkaan hyvä johdin", Landis sanoo. Joten maadoitetut sauvat olisivat tehottomia neutraalin ”yhteisen kentän” perustamisessa kuun tai marsin siirtokunnalle.
Marsilla paras maa voisi olla, ironista kyllä, ilma. Pieni radioaktiivinen lähde, kuten "savunilmaisimissa käytetty", voitaisiin kiinnittää jokaiseen avaruuspukuun ja elinympäristöön, Landis ehdottaa. Matalaenergiaiset alfahiukkaset lentävät harvinaiseen ilmakehään, lyöden molekyylejä ja ionisoivat niitä (poistavat elektronit). Siten ilmapiiri aivan elinympäristön tai astronautin ympärillä muuttuisi johtavaksi, neutraloimalla kaikki ylimääräiset varaukset.
Yhteisen kentän saavuttaminen Kuulla olisi vaikeampaa, kun ei ole edes harvinaista ilmapiiriä, joka auttaisi tyhjentämään varauksen. Sen sijaan yhteinen maa voidaan saada aikaan hautaamalla koko työalueen alle valtava arkki foliolevyä tai hienojen lankojen verkkoa, joka on mahdollisesti valmistettu alumiinista (joka on erittäin johtavaa ja voidaan poistaa kuun maaperästä). Silloin kaikki elinympäristön seinät ja laitteet olisivat sähköisesti kytketty alumiiniin.
Tutkimus on vielä alustava. Joten ideat eroavat niiden fyysikoiden keskuudessa, jotka etsivät hyvin jotain yhteistä.
Alkuperäinen lähde: NASA: n lehdistötiedote
