Η ιδέα του καλλιτέχνη για πιθανά προγράμματα εξερεύνησης. Πιστωτική εικόνα: NASA Επιλέξτε για μεγέθυνση
Έχετε περπατήσει ποτέ σε ένα μάλλινο χαλί με δερμάτινα παπούτσια σε μια ξηρή χειμερινή ημέρα και στη συνέχεια φτάσατε προς ένα πόμολο; ΖΑΠ! Ένας σπινθήρας πηδάει ανάμεσα στα δάχτυλά σας και το μεταλλικό κουμπί.
Αυτή είναι η στατική απαλλαγή - αστραπή.
Η στατική εκφόρτιση είναι απλώς ενοχλητική για όσους ζουν στη Γη όπου οι χειμώνες έχουν εξαιρετικά χαμηλή υγρασία. Αλλά για τους αστροναύτες στη Σελήνη ή στον Άρη, η στατική εκφόρτιση θα μπορούσε να είναι πραγματικό πρόβλημα.
«Στον Άρη, πιστεύουμε ότι το έδαφος είναι τόσο στεγνό και μονωτικό που αν ένας αστροναύτης περπατούσε έξω, όταν επέστρεψε στον βιότοπο και έφτασε για να ανοίξει το αερόστατο, ένα μικρό μπουλόνι αστραπής μπορεί να προκαλέσει κρίσιμα ηλεκτρονικά», εξηγεί ο Geoffrey A. Ο Landis, ένας φυσικός με το τμήμα Φωτοβολταϊκών και Διαστημικών Επιδράσεων στο Κέντρο Έρευνας της NASA Glenn στο Κλίβελαντ του Οχάιο.
Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται τριβοηλεκτρική φόρτιση.
Το πρόθεμα "tribo" (προφέρεται TRY-bo) σημαίνει "τρίψιμο". Όταν ορισμένα ζεύγη διαφορετικών υλικών, όπως το μαλλί και το σκληρό δέρμα σόλας παπουτσιών, τρίβονται μαζί, ένα υλικό παραδίδει μερικά από τα ηλεκτρόνια του στο άλλο υλικό. Ο διαχωρισμός φόρτισης μπορεί να δημιουργήσει ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο.
Εδώ στη Γη, ο αέρας γύρω μας και τα ρούχα που φοράμε συνήθως έχουν αρκετή υγρασία για να είναι αξιοπρεπείς ηλεκτρικοί αγωγοί, οπότε τυχόν φορτία που χωρίζονται με το περπάτημα ή το τρίψιμο έχουν ένα έτοιμο μονοπάτι προς το έδαφος. Τα ηλεκτρόνια εξαπλώθηκαν στο έδαφος αντί να συσσωρεύονται στο σώμα σας.
Αλλά όταν ο αέρας και τα υλικά είναι εξαιρετικά ξηρά, όπως μια ξηρή χειμερινή ημέρα, είναι εξαιρετικοί μονωτές, οπότε δεν υπάρχει έτοιμος δρόμος προς το έδαφος. Το σώμα σας μπορεί να συσσωρεύσει αρνητικά φορτία, πιθανώς έως και εκπληκτικά 20 χιλιάδες βολτ. Εάν αγγίξετε έναν αγωγό, όπως ένα μεταλλικό πόμολο, τότε - ZAP! - όλα τα συσσωρευμένα ηλεκτρόνια εκκενώνονται ταυτόχρονα.
Στη Σελήνη και στον Άρη, οι συνθήκες είναι ιδανικές για τριβοηλεκτρική φόρτιση. Το έδαφος είναι πιο ξηρό από την έρημο άμμο στη Γη. Αυτό το καθιστά έναν εξαιρετικό ηλεκτρικό μονωτή. Επιπλέον, το έδαφος και τα περισσότερα υλικά που χρησιμοποιούνται σε διαστημικές στολές και διαστημικά σκάφη (π.χ., αλουμίνιο μυλάρ, νάιλον με επικάλυψη από νεοπρένιο, Dacron, νάιλον με επικάλυψη ουρεθάνης, τρίχρωμο και ανοξείδωτο ατσάλι) είναι εντελώς αντίθετα μεταξύ τους. Όταν οι αστροναύτες περπατούν ή οι αναβάτες κυλούν στο έδαφος, οι μπότες ή οι τροχοί τους μαζεύουν ηλεκτρόνια καθώς τρίβονται μέσα από το χαλίκι και τη σκόνη. Επειδή το έδαφος είναι μονωτικό, χωρίς να υπάρχει διαδρομή προς το έδαφος, ένα διαστημικό κοστούμι ή ένα rover μπορεί να δημιουργήσει τεράστια τριβοηλεκτρική φόρτιση, του οποίου το μέγεθος είναι ακόμη άγνωστο. Και όταν ο αστροναύτης ή το όχημα επιστρέψει στη βάση και αγγίζει το μέταλλο – ZAP! Τα φώτα στη βάση μπορεί να σβήσουν, ή χειρότερα.
Ο Landis και οι συνεργάτες του στη NASA Glenn παρατήρησαν για πρώτη φορά αυτό το πρόβλημα στα τέλη της δεκαετίας του 1990 πριν ξεκινήσει ο Mars Pathfinder. «Όταν τρέξαμε ένα πρωτότυπο τροχό του Sojourner rover πάνω από την προσομοιωμένη σκόνη του Άρη σε μια προσομοιωμένη αττική ατμόσφαιρα, βρήκαμε ότι φορτίστηκε έως και εκατοντάδες βολτ», θυμάται.
Αυτή η ανακάλυψη ανησυχούσε τόσο τους επιστήμονες που τροποποίησαν το σχέδιο του Pathfinder, προσθέτοντας βελόνες μήκους μισής ίντσας, κατασκευασμένες από σύρμα βολφραμίου από υπεραθίνη (διαμέτρου 0,0001 ίντσας) ακονισμένα σε ένα σημείο, στη βάση των κεραιών. Οι βελόνες θα επέτρεπαν σε κάθε ηλεκτρικό φορτίο που συσσωρεύτηκε στο rover να ξεσπάσει στη λεπτή ατμόσφαιρα του Άρη, «σαν μια μικροσκοπική κεραία που λειτουργεί αντίστροφα», εξηγεί ο Carlos Calle, επικεφαλής επιστήμονας στο Εργαστήριο Ηλεκτροστατικής και Επιφανειακής Φυσικής της NASA στο Διαστημικό Κέντρο Kennedy. , Φλόριντα. Παρόμοιες προστατευτικές βελόνες εγκαταστάθηκαν επίσης στους πλάνες Spirit και Opportunity.
Στο φεγγάρι, «οι αστροναύτες του Απόλλωνα δεν ανέφεραν ποτέ ότι χτυπήθηκαν από ηλεκτροστατικές εκκενώσεις», σημειώνει ο Calle. «Ωστόσο, οι μελλοντικές σεληνιακές αποστολές που χρησιμοποιούν μεγάλο εξοπλισμό εκσκαφής για τη μετακίνηση πολλών ξηρών ρύπων και σκόνης θα μπορούσαν να παράγουν ηλεκτροστατικά πεδία. Επειδή δεν υπάρχει ατμόσφαιρα στη Σελήνη, τα χωράφια θα μπορούσαν να αναπτυχθούν αρκετά δυνατά. Τελικά, ενδέχεται να προκύψουν εκκενώσεις υπό κενό. "
«Στον Άρη», συνεχίζει, «οι εκκενώσεις μπορούν να συμβούν σε μερικές εκατοντάδες βολτ. Είναι πιθανό ότι αυτά θα έχουν τη μορφή στεφανιαίας λάμψης και όχι κεραυνών. Ως εκ τούτου, μπορεί να μην απειλούν τη ζωή για τους αστροναύτες, αλλά θα μπορούσαν να είναι επιβλαβείς για τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό. "
Ποια είναι λοιπόν η λύση σε αυτό το πρόβλημα;
Εδώ στη Γη, είναι απλό: ελαχιστοποιούμε τη στατική εκφόρτιση γειώνοντας ηλεκτρικά συστήματα. Η γείωσή τους σημαίνει κυριολεκτικά τη σύνδεσή τους με χάλκινες ράβδους που χτυπούν τη Γη βαθιά στο έδαφος. Οι ράβδοι εδάφους λειτουργούν καλά στα περισσότερα μέρη της Γης, επειδή σε βάθος λίγων μέτρων το έδαφος είναι υγρό, και επομένως είναι καλός αγωγός. Η ίδια η Γη παρέχει μια «θάλασσα ηλεκτρονίων», η οποία εξουδετερώνει όλα όσα συνδέονται με αυτήν, εξηγεί η Calle.
Ωστόσο, δεν υπάρχει υγρασία στο έδαφος της Σελήνης ή του Άρη. Ακόμα και ο πάγος που πιστεύεται ότι διαπερνά το έδαφος του Άρη δεν θα βοηθούσε, καθώς «το παγωμένο νερό δεν είναι τρομερά καλός αγωγός», λέει ο Landis. Έτσι, οι ράβδοι εδάφους θα ήταν αναποτελεσματικοί στη δημιουργία ενός ουδέτερου «κοινού εδάφους» για μια αποικία σεληνιακού ή Άρη.
Στον Άρη, το καλύτερο έδαφος μπορεί να είναι, ειρωνικά, ο αέρας. Μια μικρή ραδιενεργή πηγή «όπως αυτή που χρησιμοποιείται σε ανιχνευτές καπνού» θα μπορούσε να συνδεθεί σε κάθε διαστημική στολή και στον βιότοπο, προτείνει ο Landis. Τα σωματίδια άλφα χαμηλής ενέργειας θα πετούσαν στην ατμόσφαιρα με σπάνια ατμόσφαιρα, χτυπώντας μόρια και ιονίζοντάς τα (αφαιρώντας ηλεκτρόνια). Έτσι, η ατμόσφαιρα ακριβώς γύρω από το βιότοπο ή τον αστροναύτη θα γινόταν αγώγιμη, εξουδετερώνοντας τυχόν υπερβολική επιβάρυνση.
Η επίτευξη ενός κοινού εδάφους στη Σελήνη θα ήταν πιο δύσκολη, όπου δεν υπάρχει ούτε μια ατμόσφαιρα σπάνια για να ξεφορτωθεί το φορτίο. Αντ 'αυτού, θα μπορούσε να δημιουργηθεί ένα κοινό έδαφος με την ταφή ενός τεράστιου φύλλου αλουμινίου ή πλέγματος λεπτών καλωδίων, πιθανώς κατασκευασμένο από αλουμίνιο (το οποίο είναι πολύ αγώγιμο και μπορεί να εξαχθεί από σεληνιακό έδαφος), κάτω από ολόκληρη την περιοχή εργασίας. Τότε όλοι οι τοίχοι και οι συσκευές του ενδιαιτήματος θα συνδέονταν ηλεκτρικά με το αλουμίνιο.
Η έρευνα είναι ακόμη προκαταρκτική. Έτσι, οι ιδέες διαφέρουν μεταξύ των φυσικών που αναζητούν, καλά, κάποιο κοινό έδαφος.
Αρχική πηγή: Δελτίο Τύπου της NASA
