W nadchodzących latach NASA powróci na Księżyc po raz pierwszy od czasów Apollo. Projekt Artemis, zamiast być operacją „śladów stóp i flag”, ma być pierwszym krokiem w tworzeniu zrównoważonej obecności człowieka na Księżycu. Naturalnie, wiąże się to z wieloma wyzwaniami, z których nie mniej ważne dotyczy księżycowego regolitu (zwanego również pyłem księżycowym). Z tego powodu NASA bada strategie łagodzenia tego zagrożenia.
Jak może to potwierdzić Robert A. Heinlein, Księżyc jest surową kochanką! Występuje w ekstremalnych zakresach temperatur powierzchni, od wysokich w wysokości 117 ° C (242 ° F) do niskich w wysokości -173 ° C (-279 ° F). Nie ma też atmosfery i ochronnego pola magnetycznego, co oznacza, że astronauci będą narażeni na intensywne promieniowanie na Księżycu - od 110 do 380 mSv rocznie, w porównaniu ze średnią 2,4 mSv na Ziemi.
Jednak pył księżycowy jest szczególnie kłopotliwy ze względu na to, że ma nieregularny kształt i jest ostry jak brzytwa. Pył ten został utworzony przez miliony lat uderzeń meteorytów, które stopiły materiał krzemianowy i stworzyły małe odłamki szkła i fragmentów minerałów. Co gorsza, przestrzega niemal wszystkiego, czego dotyka, w tym skafandrów kosmicznych (jak z pewnością zauważyli astronauci Apollo).
Wynika to nie tylko z faktu, że cząsteczki pyłu mają postrzępione krawędzie, ale również z powodu ich ładunku elektrostatycznego. W ciągu dnia Księżyca promieniowanie ultrafioletowe ze Słońca powoduje utratę elektronów przez górne warstwy pyłu, co daje mu dodatni ładunek netto. Wokół biegunów i ciemnej strony plazma słoneczna powoduje, że regolit zbiera elektrony, nadając mu ujemny ładunek netto.
W rezultacie pył ten nie tylko stanowi poważne zagrożenie dla maszyn, które mają ruchome części (takie jak grzejniki), ale może również zakłócać działanie elektroniki poprzez tworzenie ładunków elektrostatycznych. Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z NASA opracowali zaawansowaną powłokę, która może być stosowana do wszystkiego, od ISS i statków kosmicznych po satelity i kombinezony kosmiczne.
Powłoka została opracowana przez technologów Goddarda Vivek Dwivedi i Marka Hasegawę w ramach programu Dynamicznej odpowiedzi środowisk NASA na planetoidy, Księżyc i księżyce Marsa (DREAM2). Powłoka składa się z warstw atomowych tlenku tytanu, który jest nakładany na suche pigmenty farb przy użyciu metody znanej jako zaawansowana technologia zwana osadzaniem warstw atomowych.
Proces ten, który jest regularnie wykorzystywany do celów przemysłowych, polega na umieszczeniu podłoża (w tym przypadku tlenku tytanu) wewnątrz komory reaktora i pulsowaniu różnych rodzajów gazów w celu utworzenia warstw, które nie są grubsze niż pojedynczy atom. Pierwotnie powłoka ta miała na celu ochronę elektroniki statku kosmicznego podczas przelotu przez przewodzące chmury plazmy w ziemskiej magnetosferze - również w wyniku wiatru słonecznego.
Aby przetestować powłokę, Dwivedi i jego zespół przygotowali paletę eksperymentów pokrytą powlekanymi waflami, które są obecnie narażone na plazmę na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W połączeniu z tym, co wiemy o pyle księżycowym, ta powłoka może oznaczać różnicę między przyszłym sukcesem a porażką, nie tylko z Artemisem, ale z jego długoterminowymi planami. Jak powiedział Farrell:
„Przeprowadziliśmy szereg badań dotyczących pyłu księżycowego. Kluczowym odkryciem jest sprawienie, aby zewnętrzna powłoka skafandra kosmicznego i innych systemów ludzkich przewodziła lub rozpraszała. W rzeczywistości mamy surowe wymagania dotyczące przewodności statku kosmicznego z powodu plazmy. Te same pomysły dotyczą skafandrów. Przyszły cel dotyczy technologii wytwarzania przewodzących materiałów skórnych i jest to obecnie rozwijane. ”
Patrząc w przyszłość, Farrell, Dwivedi i ich koledzy planują dalsze ulepszenie swoich możliwości osadzania warstw atomowych. Będzie to wymagało większego reaktora do zwiększenia wydajności pigmentu łagodzącego ładunek, który zamierzają zbudować. Gdy to się skończy, następnym krokiem będzie testowanie pigmentu na skafandrach kosmicznych.
„Konstruowanie układu do osadzania warstw atomowych o dużej objętości w celu stworzenia zestawów, które mogą pokrywać duże obszary, takie jak powierzchnie łazików, do testowania mogą dodatkowo przynieść korzyści technologii eksploracji Księżyca”, powiedział Farrell. Jest to z pewnością prawda, biorąc pod uwagę chęć NASA do współpracy z międzynarodowymi partnerami w celu utworzenia stałej placówki wokół południowego regionu polarnego Księżyca.
