美国宇航局正在测试一种涂层 以帮助宇航员及其设备清除危险的月尘

自1969年美国宇航员首次登月以来,美国宇航局(NASA)对于月球的探查研究向来是毫不懈怠的,在未来几年中,NASA计划将自阿波罗时代以来首次重返月球。Artemis项目不只是“足迹和旗帜”的行动,而是要成为在月球上创造人类可持续生存的第一步。当然,这带来了许多挑战,其中最重要的是与月球重石(aka月尘)有关。因此,NASA正在研究缓解此威胁的策略。‍

正如罗伯特·A·海因莱因(Robert A. Heinlein)所证明的那样,月亮是一个残酷的情妇!它的表面温差很大,从117°C(242°F)的最高温度到-173°C(-279°F)的最低温度。这里也没有大气层,也没有保护磁场,这意味着宇航员将在月球上遭受大量辐射——每年110至380mSv,而地球上的平均水平为2.4mSv。

但是,由于粉尘形状不规则且锋利,因此特别麻烦。尘埃是由数百万年的陨石撞击形成的,这些撞击使硅酸盐材料融化并形成玻璃和矿物碎片的微小碎片。更糟糕的是,它几乎会接触到所有事物,包括宇航服(就像阿波罗宇航员注意到的那样)。‍

第一步大约20分钟后,奥尔德林加入了阿姆斯特朗的表面,成为第二个踏上月球的人。图片来源:NASA

这不仅是由于灰尘颗粒具有锯齿状的边缘,而且还因为它们的静电电荷。在月球的白天,太阳发出的紫外线会导致电子被上层尘埃损失,从而使它带净正电荷。在两极和阴暗面附近,太阳等离子体会导致硬硅酸盐吸收电子,从而使其产生净负电荷。‍

结果,这种灰尘不仅对具有运动部件(如散热器)的机械构成了重大威胁,而且还可能通过积聚静电电荷而干扰电子设备。为了解决这个问题,NASA的研究人员开发了一种先进的涂层,该涂层可以用于从ISS和航天器到卫星和太空服的所有物体。

该涂层是戈达德技术专家Vivek Dwivedi和Mark Hasegawa开发的,是NASA 小行星,月球和火星卫星环境动态响应(DREAM2)计划的一部分。涂层由二氧化钛的原子层组成,可使用称为原子层沉积的先进技术将二氧化钛涂覆到涂料的干颜料上。

该过程通常用于工业目的,包括将衬底(在这种情况下为氧化钛)放置在反应器室内,并对不同类型的气体进行脉冲处理,以形成不比单个原子厚的层。最初,该涂层用于屏蔽航天器电子设备,使其飞过地球磁层中的导电等离子云,这也是太阳风的结果。‍

未涂层颜料(左)与光滑涂层(右)之间的比较包括明显的特征。来源:NASA

为了测试涂层,Dwivedi和他的团队准备了一个覆盖有涂层晶片的实验托盘,这些晶片目前正在国际空间站上暴露于等离子体中。

结合我们对月球尘埃的了解,这种涂层可能意味着未来成功与失败之间的区别,这不仅与Artemis有关,而且与长期计划有关。

正如法雷尔所说:

“我们进行了许多研究月球尘埃的研究,一个关键的发现是使太空服和其他人类系统的外皮具有导电性或耗散性。实际上,由于等离子体,我们对航天器有严格的电导率要求。同样的想法也适用于太空服。该技术的未来目标是生产导电表皮材料,目前正在开发中。”

展望未来,Farrell,Dwivedi及其同事计划进一步增强其原子层沉积能力。这将需要更大的反应器来提高他们打算建造的电荷减轻颜料的产率。一旦完成,下一步将涉及测试宇航服上的色素。

Farrell说:“构造一个大容量的原子层沉积系统,以创建可以覆盖大面积区域(例如流动站表面)以进行测试的套件,这将进一步使月球探测技术受益。” 考虑到NASA希望与国际伙伴合作在月球南极地区周围建立永久性前哨基地的想法,这确实是正确的。‍

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