Umelcov koncept možných programov prieskumu. Obrazový kredit: NASA Kliknite pre zväčšenie
Už ste niekedy prešli suchým zimným dňom cez vlnený koberec v topánkach pokrytých kožou a potom ste natiahli k úchytke? ZAP! Medzi prstami a kovovým gombíkom skáče bodavá iskra.
To je statický výboj - blesk je malý.
Statický prietok je nepríjemný pre každého, kto žije na Zemi, kde zimy majú mimoriadne nízku vlhkosť. Ale pre astronautov na Mesiaci alebo na Marse môže byť statický výboj skutočným problémom.
"Na Marse si myslíme, že pôda je tak suchá a izolačná, že ak by astronaut vychádzal, keď sa vráti do biotopu a natiahne sa, aby otvoril priechod, malý blesk by mohol zapnúť kritickú elektroniku," vysvetľuje Geoffrey A Landis, fyzik z odboru fotovoltaiky a vplyvov na životné prostredie vo výskumnom stredisku NASA Glenn vo Clevelande v štáte Ohio.
Tento jav sa nazýva triboelektrické nabíjanie.
Predpona „tribo“ (vyslovuje sa TRY-bo) znamená „trenie“. Keď sa niektoré páry na rozdiel od materiálov, ako napríklad vlna a tvrdá koža topánok, trú dohromady, jeden materiál odovzdá niektoré svoje elektróny druhému materiálu. Oddelenie náboja môže vytvoriť silné elektrické pole.
Tu na Zemi má vzduch okolo nás a oblečenie, ktoré nosíme, zvyčajne dostatočnú vlhkosť na to, aby boli slušnými elektrickými vodičmi, takže akékoľvek náboje oddelené chôdzou alebo trením majú pripravenú cestu k zemi. Elektróny krvácajú do zeme namiesto toho, aby sa hromadili na vašom tele.
Keď sú však vzduch a materiály mimoriadne suché, napríklad v suchom zimnom dni, sú to vynikajúce izolátory, takže neexistuje žiadna pripravená cesta k zemi. Vaše telo môže akumulovať záporné náboje, možno až úžasných 20 000 voltov. Ak sa dotknete vodiča, ako je napríklad kovová kľučka, potom - ZAP! - naraz nahromadíte nahromadené elektróny.
Na Mesiaci a na Marse sú podmienky ideálne pre triboelektrické nabíjanie. Pôda je suchšia ako púštny piesok na Zemi. To z neho robí vynikajúci elektrický izolátor. Pôda a väčšina materiálov používaných v kozmických a kozmických lodiach (napr. Aluminizovaný mylar, nylon potiahnutý neoprénom, Dacron, nylon potiahnutý uretánom, trikot a nehrdzavejúca oceľ) sú úplne na rozdiel od seba. Keď astronauti kráčajú alebo sa vznášajú nad zemou, ich čižmy alebo kolesá zhromažďujú elektróny, keď preplávajú štrkom a prachom. Pretože pôda je izolovaná a neposkytuje žiadnu cestu k zemi, môže vesmírny oblek alebo rover vybudovať obrovský triboelektrický náboj, ktorého veľkosť zatiaľ nie je známa. A keď sa astronaut alebo vozidlo vrátia na základňu a dotknú sa kovu - ZAP! Svetlá v základni môžu zhasnúť alebo horšie.
Landis a jeho kolegovia z NASA Glenn si tento problém všimli až koncom 90. rokov predtým, ako bol uvedený na trh Mars Pathfinder. "Keď sme v simulovanej marťanskej atmosfére prešli prototypom Sojournerovho roveru cez simulovaný marťanský prach, zistili sme, že je nabitý až na stovky voltov," spomína.
Tento objav sa týkal vedcov, že upravili Pathfinderov roverový dizajn pridaním ihiel pol palca dlhých, vyrobených z ultratenkého volfrámového drôtu (s priemerom 0,0001 palca) naostreného na bod na základni antén. Ihly by umožnili, aby akýkoľvek elektrický náboj, ktorý sa vytvoril na vozidle, vytekal do tenkej marťanskej atmosféry, „ako miniatúrny bleskozvod pôsobiaci opačným smerom,“ vysvetľuje Carlos Calle, vedecký pracovník laboratória elektrostatiky a povrchovej fyziky NASA v Kennedyho vesmírnom stredisku. , Florida. Podobné ochranné ihly boli nainštalované aj na rovery Spirit a Opportunity.
Na Mesiaci „Astronómovia Apolla nikdy nehlásili, že by ich prepustili elektrostatické výboje“, poznamenáva Calle. „Budúce lunárne misie, ktoré používajú veľké hĺbiace zariadenie na presun veľkého množstva suchej špiny a prachu, by však mohli produkovať elektrostatické polia. Pretože na mesiaci nie je atmosféra, polia by mohli rásť dosť silné. Nakoniec by mohlo dôjsť k výbojom vo vákuu. “
„Na Marse,“ pokračuje, „sa môže stať, že k výbojom môže dôjsť až pri niekoľkých stovkách voltov. Je pravdepodobné, že tieto budú mať skôr formu koronálnych žiaroviek ako bleskových skrutiek. Preto nemusia astronautom ohrozovať život, ale môžu byť škodlivé pre elektronické zariadenia. ““
Aké je riešenie tohto problému?
Tu na Zemi je to jednoduché: minimalizujeme statický výboj uzemnením elektrických systémov. Uzemnenie znamená doslova ich spojenie s medenými tyčami búšiacimi Zem hlboko do zeme. Pozemné tyče fungujú dobre na väčšine miest na Zemi, pretože niekoľko metrov hlboká pôda je vlhká, a preto je dobrým vodičom. Samotná Zem poskytuje „more elektrónov“, ktoré neutralizuje všetko s tým spojené, vysvetľuje Calle.
V pôde Mesiaca alebo Marsu však nie je žiadna vlhkosť. Nepomohlo by to ani ľadu, o ktorom sa predpokladá, že prenikol na marťanskú pôdu, pretože „zamrznutá voda nie je strašne dobrý dirigent“, hovorí Landis. Takže pozemné tyče by boli neúčinné pri vytváraní neutrálnej „spoločnej pôdy“ pre lunárnu alebo marťanskú kolóniu.
Na Marse môže byť najlepšie zemou, ironicky. Malý rádioaktívny zdroj „taký, aký sa používa v detektoroch dymu“, by mohol byť pripojený ku každej skafandre a k biotopu, naznačuje Landis. Nízkoenergetické alfa častice odleteli do vzácnej atmosféry, zasiahli molekuly a ionizovali ich (odstránili elektróny). Atmosféra okolo biotopu alebo astronauta by sa tak stala vodivou, čo by neutralizovalo akýkoľvek nadmerný poplatok.
Dosiahnutie spoločného základu na Mesiaci by bolo zložitejšie, keď neexistuje ani zriedkavá atmosféra, ktorá by pomohla odvádzať poplatky. Namiesto toho by bolo možné zabezpečiť spoločnú pôdu zakopaním obrovskej vrstvy fólie alebo pletiva z jemných drôtov, pravdepodobne vyrobených z hliníka (ktorý je vysoko vodivý a mohol by sa extrahovať z mesačnej pôdy), pod celou pracovnou oblasťou. Potom by boli všetky steny a zariadenie biotopu elektricky pripojené k hliníku.
Výskum je stále predbežný. Myšlienky sa teda líšia medzi fyzikmi, ktorí hľadajú spoločnú reč.
Pôvodný zdroj: NASA News Release
