Umetnikov koncept možnih raziskovalnih programov. Kredit slike: NASA Kliknite za povečavo
Ste se v suhem zimskem dnevu že kdaj sprehodili po volneni preprogi v čevljih z usnjenimi podplati in nato segli proti vratni kljuki? ZAP! Med prsti in kovinskim gumbom skoči pekoča iskra.
To je statična razelektritev - strela zapisano majhno.
Statična razelektritev je zgolj moteča za vse na Zemlji, ki živijo, kjer imajo zime izjemno nizko vlažnost. Toda za astronavte na Luni ali Marsu bi lahko bila statična razelektritev resna težava.
'Na Marsu menimo, da je zemlja tako suha in izolativna, da bi lahko, če bi astronavt hodil zunaj, ko bi se vrnil v habitat in odprel zračno zaporo, majhna strela uničila ključno elektroniko,' pojasnjuje Geoffrey A. Landis, fizik z oddelka za fotovoltaiko in vesoljske vplive na okolje v raziskovalnem centru NASA Glenn v Clevelandu, Ohio.
Ta pojav se imenuje triboelektrični naboj.
Predpona »tribo« (izgovarja se TRY-bo) pomeni »drgnjenje«. Ko se nekateri pari različnih materialov, kot sta volna in trdo usnje za čevlje, drgnejo skupaj, en material odda nekaj svojih elektronov drugemu materialu. Ločitev naboja lahko ustvari močno električno polje.
Tukaj na Zemlji imata zrak okoli nas in oblačila, ki jih nosimo, običajno dovolj vlage, da so spodobni električni prevodniki, tako da imajo vsi naboji, ločeni s hojo ali drgnjenjem, pripravljeno pot do zemlje. Elektroni odtekajo v tla, namesto da bi se kopičili na vašem telesu.
Toda ko so zrak in materiali izredno suhi, na primer v suhem zimskem dnevu, so odlični izolatorji, zato ni pripravljene poti do tal. Vaše telo lahko kopiči negativne naboje, morda do neverjetnih 20 tisoč voltov. Če se dotaknete prevodnika, na primer kovinske kljuke, se –ZAP! – vsi nakopičeni elektroni izpraznijo naenkrat.
Na Luni in Marsu so pogoji idealni za triboelektrično polnjenje. Tla so bolj suha od puščavskega peska na Zemlji. Zaradi tega je odličen električni izolator. Poleg tega so tla in večina materialov, ki se uporabljajo v vesoljskih oblekah in vesoljskih plovilih (npr. aluminiziran milar, najlon prevlečen z neoprenom, dacron, najlon prevlečen z uretanom, triko in nerjavno jeklo), popolnoma drugačni drug drugemu. Ko astronavti hodijo ali se roverji kotalijo po tleh, njihovi škornji ali kolesa zbirajo elektrone, ko se drgnejo skozi gramoz in prah. Ker so tla izolacijska in ne zagotavljajo poti do tal, lahko vesoljska obleka ali rover ustvari ogromen triboelektrični naboj, katerega velikost še ni znana. In ko se astronavt ali vozilo vrne v bazo in se dotakne kovine – ZAP! Luči v bazi lahko ugasnejo ali še huje.
Landis in sodelavci pri NASA Glenn so to težavo prvič opazili v poznih devetdesetih letih prejšnjega stoletja, preden je bil izstreljen Mars Pathfinder. 'Ko smo prototipno kolo roverja Sojourner pognali po simuliranem marsovem prahu v simulirani marsovski atmosferi, smo ugotovili, da je napolnjen do sto voltov,' se spominja.
To odkritje je znanstvenike tako zaskrbelo, da so spremenili zasnovo Pathfinderjevega roverja in dodali igle, dolge pol palca, izdelane iz ultra tanke (0,0001-palčni premer) volframove žice, nabrušene na konico, na dnu anten. Igle bi omogočile, da bi vsak električni naboj, ki se nabere na roverju, odtekel v tanko marsovsko atmosfero, 'kot miniaturni strelovod, ki deluje vzvratno,' pojasnjuje Carlos Calle, vodilni znanstvenik v NASA-jevem laboratoriju za elektrostatiko in površinsko fiziko v vesoljskem centru Kennedy. , Florida. Podobne zaščitne igle so bile nameščene tudi na roverjih Spirit in Opportunity.
Na Luni 'Apollo astronavti nikoli niso poročali, da bi jih uničile elektrostatične razelektritve,' ugotavlja Calle. 'Vendar bi lahko prihodnje lunarne misije, ki uporabljajo veliko opremo za izkopavanje za premikanje veliko suhe umazanije in prahu, povzročile elektrostatična polja. Ker na Luni ni ozračja, bi se lahko polja močno okrepila. Sčasoma bi lahko prišlo do izpustov v vakuumu.'
»Na Marsu,« nadaljuje, »se lahko razelektritve zgodijo pri največ nekaj sto voltih. Verjetno bodo te imele obliko koronalnih sijev in ne strelov. Kot taki morda niso življenjsko nevarni za astronavte, vendar bi lahko bili škodljivi za elektronsko opremo.'
Kakšna je torej rešitev tega problema?
Tukaj na Zemlji je preprosto: z ozemljitvijo električnih sistemov zmanjšamo statično razelektritev. Ozemljiti jih pomeni dobesedno povezati z bakrenimi palicami, ki tolčejo zemljo globoko v zemljo. Ozemljitvene palice delujejo dobro na večini krajev na Zemlji, ker je nekaj metrov globoko zemlja vlažna in je zato dober prevodnik. Zemlja sama zagotavlja 'morje elektronov', ki nevtralizira vse, kar je z njo povezano, pojasnjuje Calle.
Vendar pa v tleh Lune ali Marsa ni vlage. Tudi led, za katerega se domneva, da prežema marsovsko zemljo, ne bi pomagal, saj 'zamrznjena voda ni zelo dober prevodnik,' pravi Landis. Tako zemeljske palice ne bi bile učinkovite pri vzpostavljanju nevtralnega »skupnega terena« za lunarno ali marsovsko kolonijo.
Na Marsu je lahko najboljša tla, ironično, zrak. Majhen radioaktivni vir, 'kot tisti, ki se uporablja v detektorjih dima', bi lahko pritrdili na vsako vesoljsko obleko in na habitat, predlaga Landis. Nizkoenergijski alfa delci bi odleteli v redko atmosfero, udarili v molekule in jih ionizirali (odstranili elektrone). Tako bi atmosfera tik okoli habitata ali astronavta postala prevodna in nevtralizirala vsak presežek naboja.
Težje bi bilo doseči skupno točko na Luni, kjer ni niti redke atmosfere, ki bi pomagala izkrvaviti naboj. Namesto tega bi lahko zagotovili skupno osnovo tako, da bi pod celotno delovno območje zakopali ogromen list folije ali mreže finih žic, po možnosti iz aluminija (ki je zelo prevoden in bi ga lahko pridobili iz lunine zemlje). Potem bi bile vse stene in aparati habitata električno povezani z aluminijem.
Raziskave so še predhodne. Torej se zamisli med fiziki, ki iščejo, no, nekaj skupnih točk, se razlikujejo.
Originalni vir: NASA-ino sporočilo za javnost
