في السنوات القادمة ، سترسل ناسا رواد فضاء إلى القمر لأول مرة منذ عصر أبولو. هذه المرة ، وكجزء من برنامج أرتميس ، تخطط ناسا أيضًا لبناء البنية التحتية اللازمة لتأسيس وجود بشري مستدام على القمر ، وفي النهاية بعثات إلى المريخ - بما في ذلك معسكر قاعدة أرتميس والمدار الذي يدور حوله. بوابة القمر .
سيحصلون على بعض المعدات الجديدة ، مثل استكشاف وحدة التنقل خارج المركبة (xEMU) بدلة فضاء وجديدة فاخرة مركبة الهبوط على سطح القمر . بالطبع ، سيتعين على رواد فضاء Artemis أيضًا التعامل مع نفس المخاطر مثل أسلافهم - وليس أقلها الغبار القمري (أو الثرى). لحسن الحظ ، تبحث ناسا في حل محتمل في شكل جهاز إلكتروني / فوق بنفسجي (UV) يمكن أن يخفف من هذا الخطر.
وصف الدكتور إنسيوب هان ، تقني البرامج وقائد المشروع في ناسا / مختبر الدفع النفاث ، الجهاز بأنه 'منفضة القمر' وقال إنه 'سيكون مثل رذاذ المنفضة النموذجي على مكتبك ، لكنه يعمل بدون هواء.' يمكن أن تصبح هذه التقنية ميزة منتظمة للبعثات القمرية المستقبلية ، مما يسمح لرواد الفضاء بتنظيف أنفسهم بعد إجراء نشاط خارج المركبة (EVA) على السطح.
مشكلة مثبتة
كما علم رواد فضاء أبولو ، فإن جزءًا كبيرًا من سطح القمر مغطى بطبقة سميكة من المسحوق الناعم ، وهو في الأساس بقايا مسحوق صخور القمر. على مدار مليارات السنين ، تعرض نظام الأرض والقمر للقصف بالنيازك والمذنبات والكويكبات. في حين أن الأرض محمية بغلافها الجوي السميك ، مما يتسبب في حرق معظم هذه الأجسام أثناء الدخول (أو فقد معظم كتلتها) ، فإن القمر لا يتمتع بمثل هذه الحماية.
كما أنه لا يحتوي على النشاط الجوي والجيولوجي للأرض ، مما يمحو الأدلة على هذه التأثيرات بمرور الوقت. لهذه الأسباب ، كان سطح القمر دائمًا مليئًا بالثقب ، وحفرًا ومغطى بشظايا صغيرة من 'غبار القمر'. ولتعقيد الأمور ، فإن الافتقار إلى الغلاف الجوي والمجال المغناطيسي يعني أن سطح القمر يتعرض باستمرار للجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس (ويعرف أيضًا باسم الرياح الشمسية).
يتسبب هذا في أن تصبح السيليكا دقيقة الحبيبات مشحونة إلكتروستاتيكيًا ، مما يؤدي إلى جانب طبيعتها الخشنة إلى جعلها لزجة وكاشطة بشكل خاص. بالنسبة لرواد فضاء أبولو ، كان هذا الغبار مصدر إزعاج مستمر ، حيث كان يلتصق ببدلات الفضاء ، والعدسات البصرية ، والبطانيات الحرارية ، والمعدات. تسببت في أضرار لبدلات الفضاء ، ودخلت في مركبة الهبوط على سطح القمر ، وتسببت في مشاكل فنية وحتى مشاكل في الجهاز التنفسي لرواد الفضاء أنفسهم.
كما كان شديد المقاومة لجهود التنظيف ، حيث أفاد رواد الفضاء أنه حتى التنظيف القوي بالفرشاة لا يمكن إزالته. ومع ذلك ، تحتاج وكالة ناسا ووكالات الفضاء الأخرى إلى اتخاذ تدابير تخفيفية إذا أريد للخطط المستقبلية لاستكشاف القمر أن تنجح. هذا صحيح بشكل خاص لأن برنامج Artemis يدعو إلى إنشاء 'برنامج مستدام لاستكشاف القمر' - بعبارة أخرى ، العودة إلى القمر للبقاء!
رائد فضاء أبولو 17 هاريسون شميت يجمع عينة من التربة ، بدلة الفضاء الخاصة به مغطاة بالغبار. الائتمان: ناسا
حل كهرباء؟
حتى الآن ، تختبر وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالات الفضاء الأخرى ومعاهد البحوث طرقًا مختلفة (باستخدام عينات تربة أبولو) للتخفيف من الثرى القمري. وهذا يشمل الجهود الأخيرة نيابة عن وكالة الفضاء الأوروبية لتطوير مواد جديدة لبدلات الفضاء ، والتي اشتركوا فيها مع المطور الفرنسي كوميكس ، ال المعاهد الألمانية لأبحاث النسيج والألياف ، و ال منتدى الفضاء النمساوي .
بالإضافة إلى ذلك ، فإن التقنيين من مركز جودارد للفضاء التابع لناسا - كجزء من الاستجابة الديناميكية للبيئات في الكويكبات والقمر وأقمار المريخ برنامج (DREAM2) - تم الكشف مؤخرًا عن نوع جديد من الطلاء يمكن أن يحمي المركبات المستقبلية ومركبات الهبوط والمركبات الأخرى. يتكون هذا الطلاء من طبقات ذرية من أكسيد التيتانيوم يتم تطبيقها مباشرة على الأصباغ الجافة للدهانات باستخدام تقنية متقدمة تعرف باسم ترسيب الطبقة الذرية.
ومع ذلك ، فإن هذه الأساليب باهظة الثمن بشكل متوقع وتتطلب دمج ميزات التصميم المعقدة في جميع الأجهزة المخصصة لسطح القمر في المستقبل. لحسن الحظ ، عمل فريق من الباحثين من مختبر الدفع النفاث (JPL) التابع لوكالة ناسا وجامعة كولورادو بولدر (UCB) من أجل تحقيق نظام مستقل غير متصل يمكن حمله باليد والمحمول.
يعتمد الجهاز المحمول باليد على حزمة مركزة من الإلكترونات تعمل على تحييد الشحنة الكهروستاتيكية من الثرى ، مما يسمح بإزالتها دون فرض أي قيود على معلمات المهمة. تعتمد هذه التقنية على الرؤى المكتسبة من الدراسات السابقة لعملية رفع الغبار الكهروستاتيكي الطبيعية ، والتي يمكن أن تحدث على سطح الأجسام الخالية من الهواء ، بما في ذلك القمر والكويكبات.
رسم تخطيطي يوضح آليات شحن الغبار وإطلاقه (على اليسار) وصورة للغبار في مكان مرتفع نتيجة التعرض لشعاع الإلكترون. الائتمان: ناسا ساينس
غبار 'القفز'
طريقة عملها بسيطة لكنها أنيقة. عندما يتم تطبيق شعاع الإلكترون أو مجال الأشعة فوق البنفسجية على التجاويف الدقيقة (التي تتشكل بشكل طبيعي في كومة من الغبار) فإنها تتسبب في تراكم شحنة سالبة كبيرة على سطح جزيئات الغبار. تصل القوة الطاردة بين هذه الجسيمات سالبة الشحنة في النهاية إلى النقطة التي تجعلها تطردها من السطح الذي كانت تتشبث به.
لاختبار مفهومهم ، وضع الباحثون في CU Boulder (بقيادة Xu Wang) جهاز محاكاة للثرى القمري صنعته وكالة ناسا في غرفة مفرغة. ثم قاموا بعد ذلك بتوجيه شعاع الإلكترون إلى عدد من الأسطح المغطاة بهذه الجسيمات ، بما في ذلك نسيج بدلة الفضاء والزجاج والألواح الشمسية. حتى الآن ، كانت نتائج الاختبار مشجعة للغاية ، حيث 'تقفز' حوالي 75-85٪ من جزيئات الغبار عن الأسطح ، عادةً في غضون دقائق قليلة.
يقوم الفريق حاليًا بتطوير اختبار في NASA / JPL لتقييم كيفية أداء التكنولوجيا في البرودة الشديدة للبيئة القمرية. علاوة على ذلك ، يبحث الباحثون في طرق تجريبية مختلفة لزيادة كفاءة تنظيف شعاع الإلكترون. كلما زادت سرعة إزالة الغبار ، زاد الوقت المتاح لرواد الفضاء لإجراء البحوث الحيوية التي لا يمكن إجراؤها إلا على القمر.
نظرًا للفعالية من حيث التكلفة التي يتمتع بها الجهاز المحمول مقابل الطلاءات والمواد المتقدمة ، فليس من الصعب تخيل أجهزة إلكترونية محمولة / للأشعة فوق البنفسجية مدمجة في المركبات والموائل المستقبلية. على وجه التحديد ، يمكن أن تكون هناك حمالات في غرفة معادلة الضغط حيث يتم وضع 'منفضات القمر' لإعادة الشحن بين الاستخدامات. عندما تعود الأطقم من نشاط خارج المركبة ، يمكنهم قضاء بضع دقائق في 'إزالة الغبار' عن بدلاتهم ومعداتهم قبل أن تطأ أقدامهم موطنهم مرة أخرى.
رسم توضيحي لرواد فضاء Artemis على القمر. ائتمانات: ناسا
لن يقلل هذا بشكل كبير من احتمالية أن يتسبب الغبار في إحداث فوضى في الأجهزة الميكانيكية والإلكترونيات. سيكون أيضًا مكسبًا غير متوقع لصحة رواد الفضاء ، حيث أظهرت الأبحاث أن التعرض للثرى يمكن أن يؤدي إلى مشاكل صحية في الجهاز التنفسي (مثل التهاب الشعب الهوائية وسرطان الرئة ). بصراحة ، هناك مخاطر صحية كافية لرواد الفضاء دون الحاجة إلى القلق بشأن استنشاق الجسيمات المعدنية الخشنة!
قراءة متعمقة: ناسا
