|
Защита астронавтов от вредной пыли на Марсе
|
|
|
|
По словам заместителя администратора НАСА Джима Рейтера, отправка миссий с экипажами на Марс к 2040 году является "смелой целью". Проблемы включают в себя необходимое расстояние, преодоление которого может занять до шести месяцев при использовании обычных двигательных установок. Кроме того, существует опасность, исходящая от радиации, которая включает в себя повышенное воздействие солнечных частиц, вспышек и галактических космических лучей (ГКЛ). А еще есть время, которое экипажи будут проводить в условиях микрогравитации во время транзитов, что может серьезно сказаться на здоровье, физиологии и психологии людей. Но как насчет проблем, связанных с проживанием и работой на Марсе в течение нескольких месяцев подряд? Хотя повышенная радиация и пониженная гравитация вызывают беспокойство, марсианский реголит тоже вызывает беспокойство. Как и лунный реголит, пыль на Марсе будет прилипать к скафандрам астронавтов и вызывать износ их оборудования.
|
|
|
|
Однако он также содержит вредные частицы, которые необходимо удалять, чтобы предотвратить загрязнение среды обитания. В недавнем исследовании команда инженеров аэрокосмической отрасли протестировала новую электростатическую систему для удаления марсианского реголита со скафандров, которая потенциально может удалять вредную пыль с эффективностью до 98%. Новая система была разработана Бенджамином М. Григгсом и Люсиндой Бертуд, магистрантами инженерного факультета и профессором инженерии космических систем (соответственно) факультета аэрокосмической инженерии Бристольского университета, Великобритания. Статья, описывающая систему и процесс верификации, была недавно опубликована в журнале Acta Astronautica. Как они объясняют, предлагаемая ими система электростатического удаления (ERS) использует явление диэлектрофореза (DEP) для удаления марсианской пыли с тканей скафандров.
|
|
|
Ожидается, что марсианский реголит, как и его лунный аналог, будет электростатически заряжен из-за воздействия космической радиации. Но на Марсе также присутствуют пылевые вихри и бури, которые, как известно, генерируют электростатические разряды (они же молнии). Во время миссий "Аполлон" астронавты сообщали, что лунный реголит прилипал к их костюмам и попадал обратно в лунные модули. Оказавшись внутри, он точно так же прилипал ко всему и попадал в их глаза и легкие, вызывая раздражение и проблемы с дыханием. Учитывая их планы по возвращению астронавтов на Луну в рамках программы Artemis, НАСА изучает несколько методов предотвращения попадания реголита в жилые модули — например, технологию нанесения покрытий на скафандры и электронные лучи для их очистки. Хотя ожидается, что марсианская пыль вызывает аналогичный износ скафандров, ситуация усугубляется тем, что она может содержать токсичные частицы. Как объяснил Григгс Universe Today по электронной почте:
|
|
|
|
"Ожидается, что марсианский реголит не только оказывает абразивное воздействие на сами скафандры, но и создает проблемы со здоровьем у астронавтов. Известно, что он содержит целый ряд вредных частиц, которые могут быть канцерогенными или вызывать проблемы с дыханием, и данные миссии Pathfinder показали наличие токсичных частиц, таких как хром. Поэтому марсианский реголит потребуется снять со скафандров перед входом в жилые зоны на Марсе, чтобы предотвратить контакт астронавтов с частицами реголита". Принцип, лежащий в основе устройства, диэлектрофорез (DEP), относится к движению нейтральных частиц при воздействии неоднородного электрического поля. Предлагаемая ими система электростатического удаления (ERS) состоит из двух компонентов: генератора сигналов высокого напряжения (HVWG), используемого для создания прямоугольных волн различной частоты и амплитуды до 1000 вольт, и устройства электростатического удаления (ERD), состоящего из массива параллельных медных электродов. Когда прямоугольные волны прикладываются к электродам в ERD, генерируется большое и изменяющееся электрическое поле. Как резюмировал Григгс:
|
|
|
|
"Следовательно, когда частицы пыли падают на поверхность ERD, они перемещаются за счет сочетания электростатических и диэлектрофоретических сил (из-за большого электрического поля), которые воздействуют соответственно на заряженные и незаряженные частицы внутри пыли. Это приводит к смещению частиц пыли в направлении, перпендикулярном электродам, что приводит к очистке поверхности ERD." Чтобы оценить эффективность предложенной ими системы, Григгс и профессор. Бертуд разработали эксперимент для изучения нескольких ключевых переменных. Это включало частоту и амплитуду прямоугольных волн, расстояние между электродами, наклон поверхности ERD, расстояние между электродами и слоем пыли, а также материал поверхности, с которой удаляется пыль. Первым шагом было создание аналитических моделей, что было чрезвычайно сложной задачей для этой системы, и предыдущие численные модели были не особенно полезны.
|
|
|
|
"Поэтому для этой работы была получена более простая модель, использующая закон Кулума и закон диэлектрофореза для предварительного прогнозирования влияния параметров, включая амплитуду прямоугольной волны, расстояние между электродами и расстояние между пылевыми электродами (фактическое расстояние между электродами и частицами пыли, которые они удаляют). от производительности системы", - сказал Григгс. Следующим шагом была подготовка эксперимента, который позволил бы количественно оценить оптимальную производительность и поведение предлагаемой системы и измерить ее эффекты. Как описал Григгс: "Для количественной оценки и сравнения производительности системы во время тестирования были разработаны два показателя: эффективность очистки (% поверхности, которая была чистой, не содержала частиц пыли) и скорость очистки (нормализованная скорость очистки, основанная на времени, затраченном на переход от 5% к 60% от конечной производительности очистки). Экспериментально был исследован широкий диапазон параметров, включая частоту и амплитуду прямоугольной волны, подаваемой на электроды. Затем система была применена для удаления пыли с внешнего слоя скафандров путем встраивания слоя орто-ткани (внешнего слоя скафандров) между системой и слоем частиц пыли."
|
|
|
|
В ходе своих тестов они обнаружили, что система обеспечивает оптимальную эффективность очистки на уровне 98% при установке непосредственно под слоем частиц пыли. Однако при установке внешнего слоя эффективность значительно снизилась из-за увеличения расстояния между системой и частицами пыли. В результате они пришли к выводу, что эту систему, вероятно, потребуется интегрировать непосредственно во внешний слой скафандров для повышения производительности, возможно, вплетать в саму ткань. Система предлагает неабразивный метод удаления пыли, который необходим для будущих миссий на Марс. Однако, как резюмировал Григгс, необходимы дальнейшие доработки, прежде чем технологию можно будет использовать в будущих миссиях. Кроме того, потенциальные преимущества выходят за рамки здоровья астронавтов и удаления пыли со скафандров:
|
|
|
|
"Эта концепция уже была успешно исследована, хотя по самой своей природе она ставит под угрозу целостность внешнего слоя скафандра. Поэтому технология требует доработки перед применением в будущих миссиях на Марс. Технология обеспечивает подходящую альтернативу механическим методам удаления пыли, используемым в кратковременных миссиях Apollo (чистка щеткой и пылесосом), которые непригодны для более длительных марсианских миссий из-за их абразивного воздействия на скафандры. Таким образом, это также очень перспективная технология для удаления пыли в других областях применения, таких как удаление пыли с солнечных панелей или оптических устройств, которые будут необходимы в будущих миссиях на Марс".
|
|
|
|
Источник
|
