Conceptul artistului despre posibilele programe de explorare. Credit imagine: NASA Faceți clic pentru a mări
Ați trecut vreodată pe un covor de lână în pantofi cu talpă de piele într-o zi de iarnă uscată, și apoi ați întins spre un mâner? ZAP! O scânteie înțepătoare sare între degete și butonul metalic.
Aceasta este descărcarea statică - fulger scăzut.
Descărcarea statică este doar enervantă pentru oricine trăiește pe Pământ unde iernile au o umiditate excepțională scăzută. Dar pentru astronauți pe Lună sau pe Marte, descărcarea statică ar putea reprezenta probleme reale.
„Pe Marte, credem că solul este atât de uscat și de izolat încât, dacă un astronaut ar fi mers pe jos, odată ce el sau ea s-a întors în habitat și s-a întins pentru a deschide calea aeriană, un mic trăsnet ar putea arunca electronice critice”, explică Geoffrey A. Landis, fizician cu filiala fotovoltaică și efectele spațiale ale mediului la Centrul de Cercetări Glenn NASA din Cleveland, Ohio.
Acest fenomen se numește încărcare triboelectrică.
Prefixul „tribo” (pronunțat TRY-bo) înseamnă „frecare”. Atunci când anumite perechi de materiale diferite, cum ar fi lâna și pielea de încălțăminte tare, se freacă împreună, un material renunță la o parte din electroni la celălalt material. Separarea sarcinii poate crea un câmp electric puternic.
Aici, pe Pământ, aerul din jurul nostru și hainele pe care le purtăm au, de obicei, suficientă umiditate pentru a fi conductori electrici decenți, astfel încât orice sarcini separate prin mers sau frecare au o cale pregătită spre pământ. Electronii sângerează în pământ în loc să se acumuleze pe corp.
Dar când aerul și materialele sunt extraordinar de uscate, cum ar fi într-o zi de iarnă uscată, sunt izolatori excelenți, astfel încât nu există o cale pregătită pentru sol. Corpul tău poate acumula sarcini negative, posibil până la un uimitor 20 de mii de volți. Dacă atingeți un conductor, cum ar fi un buton din metal, atunci - ZAP! - toate descărcările de electroni acumulate simultan.
Pe Lună și pe Marte, condițiile sunt ideale pentru încărcarea triboelectrică. Solul este mai uscat decât nisipul deșert pe Pământ. Acest lucru îl face un izolator electric excelent. Mai mult decât atât, solul și majoritatea materialelor utilizate în costume spațiale și nave spațiale (de exemplu, mylar aluminizat, nylon acoperit cu neopren, Dacron, nylon acoperit cu uretan, tricot și oțel inoxidabil) sunt complet diferite de celălalt. Când astronauții se plimbă sau roverii se rostogolesc pe sol, cizmele sau roțile lor adună electroni în timp ce se freacă prin pietriș și praf. Deoarece solul este izolant, neasigurand nicio cale spre sol, un costum de spatiu sau un rover poate crea o sarcina triboelectrica imensa, a carei magnitudine nu este inca cunoscuta. Și când astronautul sau vehiculul revine la bază și atinge metalul - ZAP! Luminile din bază pot să se stingă sau mai rău.
Landis și colegii de la NASA Glenn au observat prima dată această problemă la sfârșitul anilor 1990, înainte de lansarea lui Mars Pathfinder. „Când am dat peste o roată prototip a roverului Sojourner peste praful marțian simulat într-o atmosferă simțită marțiană, am găsit-o încărcată până la sute de volți”, își amintește el.
Această descoperire i-a preocupat atât pe oamenii de știință încât au modificat designul rover al lui Pathfinder, adăugând ace cu o lungime de jumătate de centimetru, realizate din sârmă de tungsten ultratin (diametru de 0.0001 inci) ascuțită până la un punct, la baza antenelor. Ace au permis ca orice sarcină electrică care a fost construită pe rover să sângereze în atmosfera marțiană subțire, „ca un fulger în miniatură care funcționează în sens invers”, explică Carlos Calle, om de știință al Laboratorului de electrostatică și fizică de suprafață al NASA din Kennedy Space Center. , Florida. Ace similare de protecție au fost, de asemenea, instalate pe rovers-urile Spirit și Opportunity.
Pe Lună, „astronauții Apollo nu au raportat niciodată că au fost împușcați de descărcări electrostatice”, notează Calle. „Cu toate acestea, viitoarele misiuni lunare care utilizează echipamente mari de excavare pentru a muta multă murdărie uscată și praf ar putea produce câmpuri electrostatice. Deoarece nu există atmosferă pe Lună, câmpurile ar putea crește destul de puternic. În cele din urmă, ar putea apărea descărcări în vid. "
„Pe Marte”, continuă el, „descărcările se pot produce la cel mult câteva sute de volți. Este probabil ca acestea să aibă forma de străluciri coronare și nu de fulgere. Ca atare, s-ar putea să nu fie pericol de viață pentru astronauți, dar ar putea dăuna echipamentelor electronice. ”
Care este soluția acestei probleme?
Aici, pe Pământ, este simplu: minimizăm descărcarea statică prin legarea la pământ a sistemelor electrice. Împământarea lor înseamnă literalmente conectarea lor la pământ, care bagă tije de cupru adânc în pământ. Tijele de sol funcționează bine în majoritatea locurilor de pe Pământ, deoarece pământul adânc de câțiva metri este umed, fiind astfel un bun conductor. Pământul în sine oferă o „mare de electroni”, care neutralizează tot ce are legătură cu acesta, explică Calle.
Totuși, în pământul Lunii sau al Martei nu există umiditate. Nici măcar gheața cred că pătrunde în solul marțian nu ar fi de folos, deoarece „apa înghețată nu este un conductor foarte bun”, spune Landis. Deci tijele de sol ar fi ineficiente în stabilirea unui „teren comun” neutru pentru o colonie lunară sau marțiană.
Pe Marte, cel mai bun teren ar putea fi, ironic, aerul. Landis sugerează o sursă radioactivă mică „cum este cea utilizată în detectoarele de fum”, Landis. Particule alfa cu energie scăzută ar zbura în atmosfera rară, lovind molecule și ionizându-le (eliminând electronii). Astfel, atmosfera chiar în jurul habitatului sau astronautului ar deveni conductor, neutralizând orice exces de sarcină.
Atingerea unui teren comun pe Lună ar fi mai dificilă, acolo unde nu există nici măcar o atmosferă rarefiată care să ajute să sângereze taxa. În schimb, un teren obișnuit ar putea fi furnizat îngropând o foaie imensă de folie sau ochiuri de fire fine, posibil din aluminiu (care este foarte conductiv și ar putea fi extras din solul lunar), sub întreaga zonă de lucru. Apoi, toți pereții și aparatele habitatului vor fi conectate electric la aluminiu.
Cercetarea este încă preliminară. Deci ideile diferă în rândul fizicienilor care caută, într-adevăr, un motiv comun.
Sursa originală: Comunicat de presă al NASA
