A művész elképzelése a lehetséges felfedezőprogramokról. A kép forrása: NASA Kattintson a nagyításhoz
Előfordult már, hogy egy száraz téli napon átsétált a gyapjúszőnyegen bőrtalpú cipőben, majd kinyúlt a kilincs felé? TÁMAD! Szúrós szikra ugrik az ujjai és a fém gomb között.
Ez statikus kisülés – kis villámírás.
A statikus kisülés pusztán bosszantó mindenki számára a Földön, ahol a télen rendkívül alacsony a páratartalom. De a Holdon vagy a Marson tartózkodó űrhajósok számára a statikus kisülés komoly gondot jelenthet.
„Úgy gondoljuk, hogy a Marson a talaj annyira száraz és szigetelő, hogy ha egy űrhajós kint sétálna, és miután visszatért az élőhelyére, és kinyúlt, hogy kinyitja a légzsilipet, egy kis villám megzavarhatja a kritikus elektronikát” – magyarázza Geoffrey A. Landis, a NASA Glenn Kutatóközpont fotovoltaikus és űrkörnyezeti hatások részlegének fizikusa, Cleveland, Ohio.
Ezt a jelenséget triboelektromos töltésnek nevezik.
A „tribo” (ejtsd: TRY-bo) előtag „dörzsölést” jelent. Amikor bizonyos párok egymással ellentétben, mint például a gyapjú és a kemény cipőtalpbőr, összedörzsölődnek, az egyik anyag átadja elektronjai egy részét a másik anyagnak. A töltés szétválása erős elektromos mezőt hozhat létre.
Itt a Földön a körülöttünk lévő levegő és az általunk viselt ruhák páratartalma általában elegendő ahhoz, hogy megfelelő elektromos vezetők lehessenek, így a gyaloglással vagy dörzsöléssel elválasztott töltések készen állnak a földre. Az elektronok kivéreznek a földbe, ahelyett, hogy felhalmozódnának a testeden.
De amikor a levegő és az anyagok rendkívül szárazak, például egy száraz téli napon, kiváló szigetelők, így nincs kész út a talajhoz. A tested negatív töltéseket halmozhat fel, akár elképesztő 20 ezer voltot is. Ha megérint egy vezetőt, például egy fém kilincset, akkor – ZAP! – az összes felhalmozódott elektron egyszerre kisül.
A Holdon és a Marson ideálisak a körülmények a triboelektromos töltéshez. A talaj szárazabb, mint a sivatagi homok a Földön. Ez kiváló elektromos szigetelővé teszi. Ráadásul a talaj és a legtöbb szkafanderben és űrrepülőgépben használt anyag (pl. alumíniumozott mylar, neoprénnel bevont nylon, Dacron, uretán bevonatú nylon, trikó és rozsdamentes acél) teljesen eltér egymástól. Amikor űrhajósok sétálnak vagy roverek gördülnek a földön, csizmáik vagy kerekeik elektronokat gyűjtenek, miközben átsúrolják a kavicsot és a port. Mivel a talaj szigetelő, nem biztosít utat a talajhoz, egy űrruha vagy rover hatalmas triboelektromos töltést tud felépíteni, amelynek nagysága még nem ismert. És amikor az űrhajós vagy a jármű visszaér a bázisra és fémhez ér – ZAP! A lámpák az alapban kialszanak, vagy még rosszabb.
Landis és munkatársai a NASA Glenn-nél először az 1990-es évek végén vették észre ezt a problémát, a Mars Pathfinder fellövése előtt. „Amikor a Sojourner rover prototípus kerekét szimulált marsi por fölött futtattuk egy szimulált marsi atmoszférában, azt találtuk, hogy több száz voltos feszültségig volt feltöltve” – emlékszik vissza.
Ez a felfedezés annyira foglalkoztatta a tudósokat, hogy módosították a Pathfinder rover kialakítását, és fél hüvelyk hosszú tűket adtak hozzá, amelyek ultravékony (0,0001 hüvelyk átmérőjű) volfrámhuzalból készültek, amelyet egy pontig kihegyeztek az antennák alján. A tűk lehetővé tennék, hogy a roveren felgyülemlett elektromos töltés a vékony marsi légkörbe szivárogjon, „mint egy miniatűr villámhárító, amely visszafelé működik” – magyarázza Carlos Calle, a NASA Kennedy Űrközpontjában található Elektrosztatikai és Felületfizikai Laboratóriumának vezető tudósa. , Florida. Hasonló védőtűket szereltek fel a Spirit és az Opportunity roverekre is.
A Holdon „Az Apollo űrhajósok soha nem számoltak be arról, hogy elektrosztatikus kisülések okozták volna őket” – jegyzi meg Calle. „Azonban a jövőbeli holdi küldetések, amelyekben nagy földtani berendezéseket használnak a sok száraz szennyeződés és por mozgatására, elektrosztatikus mezőket hozhatnak létre. Mivel a Holdon nincs légkör, a mezők elég erősek lehetnek. Végül a kisülések vákuumban történhetnek.”
„A Marson – folytatja – a kisülések legfeljebb néhány száz volton történhetnek. Valószínű, hogy ezek koronális fények, nem pedig villámok formájában fognak megjelenni. Mint ilyenek, nem biztos, hogy életveszélyesek az űrhajósok számára, de károsak lehetnek az elektronikus berendezésekre.”
Tehát mi a megoldás erre a problémára?
Itt a Földön ez egyszerű: az elektromos rendszerek földelésével minimalizáljuk a statikus kisülést. Földelésük szó szerint azt jelenti, hogy a Földet mélyen a földbe ütő rézrudakhoz kell csatlakoztatni. A földi rudak a Föld legtöbb helyén jól működnek, mert több láb mélyen a talaj nedves, és így jó vezető. Maga a Föld „elektrontengert” biztosít, amely semlegesít mindent, ami hozzá kapcsolódik – magyarázza Calle.
A Hold vagy a Mars talajában azonban nincs nedvesség. Még a marsi talajon áthatoló jég sem segít, mivel „a fagyott víz nem túl jó vezető” – mondja Landis. Tehát a földi rudak nem lennének hatékonyak semleges „közös alap” létrehozásában egy holdi vagy marsi kolónia számára.
Ironikus módon a Marson a legjobb talaj lehet a levegő. Minden egyes szkafanderhez és az élőhelyhez egy apró radioaktív forrást, „mint amilyen a füstérzékelőkben használnak”, lehetne rögzíteni – javasolja Landis. Az alacsony energiájú alfa-részecskék a ritka légkörbe repülnének, molekulákba ütközve és ionizálva azokat (eltávolítva az elektronokat). Így az élőhely vagy az űrhajós körüli légkör vezetőképessé válik, semlegesítve a felesleges töltést.
A Holdon bonyolultabb lenne közös nevezőre jutni, ahol még a ritka légkör sem segít elszívni a töltést. Ehelyett egy hatalmas fólialapot vagy finom dróthálót, esetleg alumíniumból (amely nagy vezetőképességű és a Hold talajából kinyerhető) eltemetünk a teljes munkaterület alá. Ekkor az élőhely összes fala és berendezése elektromosan csatlakozna az alumíniumhoz.
A kutatás még előzetes. Tehát az elképzelések különböznek a fizikusok között, akik valami közös pontot keresnek.
Eredeti forrás: NASA hírközlemény