Umělcova koncepce možných průzkumných programů. Obrazový kredit: NASA Klikněte pro zvětšení
Šli jste někdy za suchého zimního dne přes vlněný koberec v botách s kůží a pak jste se natáhli k klice? ZAP! Mezi prsty a kovovým knoflíkem skočí bodavá jiskra.
To je statický výboj - blesk je malý.
Statický výboj je nepříjemný pro každého, kdo žije na Zemi, kde zimy mají mimořádně nízkou vlhkost. Ale pro astronauty na Měsíci nebo na Marsu by statický výboj mohl být skutečným problémem.
"Na Marsu si myslíme, že půda je tak suchá a izolační, že pokud by astronaut šel ven, jakmile se vrátí do stanoviště a natáhne se, aby otevřel vzduchovou komoru, malý blesk by mohl zapnout kritickou elektroniku," vysvětluje Geoffrey A Landis, fyzik s pobočkou fotovoltaiky a kosmického prostředí ve výzkumném středisku NASA Glenn Research Center v Clevelandu v Ohiu.
Tento jev se nazývá triboelektrické nabíjení.
Předpona „tribo“ (vyslovuje se TRY-bo) znamená „třením“. Když se určité dvojice na rozdíl od materiálů, jako je vlna a tvrdá kůže, podešve setřou, jeden materiál vzdá část svých elektronů druhému materiálu. Oddělení náboje může vytvořit silné elektrické pole.
Zde na Zemi má vzduch kolem nás a oblečení, které nosíme, obvykle dostatečnou vlhkost, aby byly slušné elektrické vodiče, takže veškeré poplatky oddělené chůzí nebo otřením mají připravenou cestu k zemi. Elektrony krvácely do země místo toho, aby se hromadily na vašem těle.
Ale když je vzduch a materiály mimořádně suché, například v suchém zimním dni, jsou to vynikající izolátory, takže neexistuje žádná připravená cesta k zemi. Vaše tělo může akumulovat negativní náboje, možná až úžasných 20 tisíc voltů. Pokud se dotknete vodiče, například kovového kliky, pak - ZAP! - najednou se nahromadí nahromaděné elektrony.
Na Měsíci a na Marsu jsou podmínky ideální pro triboelektrické nabíjení. Půda je suchší než pouštní písek na Zemi. Díky tomu je vynikajícím elektrickým izolátorem. Kromě toho jsou půda a většina materiálů používaných v kosmických a kosmických lodích (např. Aluminizovaný mylar, neoprenem potažený nylon, Dacron, urethanem potažený nylon, trikot a nerezová ocel) zcela na rozdíl od sebe. Když astronauti chodí nebo se valí po zemi, jejich boty nebo kola shromažďují elektrony, když se protírají štěrkem a prachem. Protože se půda izoluje a neposkytuje žádnou cestu k zemi, může vesmírný oblek nebo rover vytvořit obrovský triboelektrický náboj, jehož velikost je dosud neznámá. A když se astronaut nebo vozidlo vrátí na základnu a dotkne se kovu - ZAP! Světla v základně mohou zhasnout, nebo ještě horší.
Landis a jeho kolegové z NASA Glenn si tento problém poprvé všimli na konci 90. let, než byl zahájen Mars Pathfinder. "Když jsme v simulované marťanské atmosféře proletěli prototypem Sojournerova roveru přes simulovaný marťanský prach, zjistili jsme, že je nabitý až stovky voltů," vzpomíná.
Tento objev se týkal vědců, že upravili Pathfinderův roverový design a přidali jehly půl palce dlouhé, vyrobené z ultratenkého wolframového drátu o průměru 0,0001 palce naostřeného do bodu na základně antén. Jehly by umožnily, aby jakýkoli elektrický náboj, který se vybudoval na roveru, vytékal do tenké marťanské atmosféry, „jako miniaturní bleskozvod, který pracuje opačně,“ vysvětluje Carlos Calle, vedoucí vědec laboratoře elektrostatiky a povrchové fyziky NASA v Kennedyho vesmírném středisku. , Florida. Podobné ochranné jehly byly nainstalovány také na rovery Spirit a Opportunity.
Na Měsíci „Apolloví astronauti nikdy nehlásili, že by byli propíchnuti elektrostatickými výboji,“ poznamenává Calle. "Budoucí lunární mise, které používají velké hloubicí zařízení k přesunu spousty suchých nečistot a prachu, však mohou vést k elektrostatickým polím." Protože na Měsíci není atmosféra, pole by mohla růst docela silně. Nakonec by mohlo dojít k výbojům ve vakuu. “
„Na Marsu,“ pokračuje, „k výbojům může dojít až při několika stech voltech. Je pravděpodobné, že tyto budou mít spíše formu koronálních záře než bleskových šroubů. Z tohoto důvodu nemusí astronautům ohrožovat život, ale mohou být pro elektronické zařízení škodlivé. “
Jaké je řešení tohoto problému?
Tady na Zemi je to jednoduché: minimalizujeme statický výboj uzemněním elektrických systémů. Uzemnění znamená doslova jejich spojení s měděnými tyčemi bušícími hluboko do země. Zemní tyče fungují dobře na většině míst na Zemi, protože půda je několik stop hluboká, a proto je dobrým dirigentem. Samotná Země poskytuje „moře elektronů“, které neutralizuje všechno s tím spojené, vysvětluje Calle.
V půdě Měsíce nebo Marsu však není vlhkost. Ani led, o kterém se předpokládá, že proniká na marťanskou půdu, by nepomohl, protože „zmrzlá voda není strašně dobrý dirigent,“ říká Landis. Takže pozemní pruty by byly neúčinné při vytváření neutrální „společné půdy“ pro lunární nebo marťanskou kolonii.
Na Marsu může být nejlepší zemí, ironicky, vzduch. Malý radioaktivní zdroj „takový, jaký se používá v kouřových detektorech“, by mohl být připojen ke každé skafandru a ke stanovišti, naznačuje Landis. Nízkoenergetické alfa částice odletěly do vzácné atmosféry, zasáhly molekuly a ionizovaly je (odstranily elektrony). Atmosféra v okolí stanoviště nebo astronauta by se tak stala vodivou, což by neutralizovalo nadměrný poplatek.
Dosažení společného základu na Měsíci by bylo složitější, kde není ani vzácná atmosféra, která by pomohla odvádět náboj. Místo toho by mohlo být zajištěno společné podloží pohřbením obrovské vrstvy fólie nebo pletiva z jemných drátů, možná vyrobených z hliníku (který je vysoce vodivý a mohl by být extrahován z měsíční půdy), pod celou pracovní oblastí. Poté by byly všechny stěny a zařízení stanoviště elektricky připojeny k hliníku.
Výzkum je stále předběžný. Myšlenky se tedy liší mezi fyziky, kteří hledají společnou půdu.
Původní zdroj: NASA News Release
