Концепция художника о возможных программах разведки. Изображение предоставлено NASA Нажмите для увеличения
Вы когда-нибудь ходили по шерстяному ковру в ботинках на кожаной подошве в сухой зимний день, а затем потянулись к дверной ручке? ZAP! Жгучая искра прыгает между пальцами и металлической ручкой.
Это статический разряд - молниеносный приказ маленький.
Статический разряд просто раздражает любого на Земле, живущего там, где зима имеет исключительно низкую влажность. Но для астронавтов на Луне или на Марсе статический разряд может быть настоящей проблемой.
«На Марсе мы думаем, что почва настолько сухая и изолирующая, что, если астронавт вышел на улицу, как только он или она вернулись в среду обитания и протянули руку, чтобы открыть воздушный шлюз, маленькая молния могла убить критическую электронику», - объясняет Джеффри А. Лэндис, физик из Отдела фотоэлектрических и космических воздействий на окружающую среду в Исследовательском центре имени Гленна НАСА в Кливленде, штат Огайо.
Это явление называется трибоэлектрическим зарядом.
Приставка «трибо» (произносится TRY-bo) означает «растирание». Когда некоторые пары разнородных материалов, таких как шерсть и твердая кожа для подошвы, растираются, один материал отдает часть своих электронов другому материалу. Разделение заряда может создать сильное электрическое поле.
Здесь, на Земле, воздух вокруг нас и одежда, которую мы носим, обычно имеют достаточную влажность, чтобы быть достойными электрическими проводниками, поэтому любые заряды, разделенные ходьбой или трением, имеют готовый путь к земле. Электроны стекают в землю, а не накапливаются на вашем теле.
Но когда воздух и материалы чрезвычайно сухие, например, в сухой зимний день, они являются отличными изоляторами, поэтому не существует готового пути к земле. Ваше тело может накапливать отрицательные заряды, возможно, до удивительных 20 тысяч вольт. Если вы прикоснетесь к проводнику, такому как металлическая дверная ручка, то - ZAP! - все накопленные электроны разряжаются сразу.
На Луне и на Марсе условия идеальны для трибоэлектрической зарядки. Почва более сухая, чем песок пустыни на Земле. Это делает его отличным электрическим изолятором. Более того, почва и большинство материалов, используемых в скафандрах и космических кораблях (например, алюминизированный майлар, нейлон с неопреновым покрытием, дакрон, нейлон с покрытием уретаном, трикотаж и нержавеющая сталь) совершенно не похожи друг на друга. Когда астронавты идут или катятся по земле, их ботинки или колеса собирают электроны, когда они протирают гравий и пыль. Поскольку почва изолирует, не обеспечивая пути к земле, скафандр или ровер могут накапливать огромный трибоэлектрический заряд, величина которого пока неизвестна. А когда космонавт или машина возвращаются на базу и касаются металла - ЗАП! Свет в базе может погаснуть, или еще хуже.
Лэндис и его коллеги из НАСА Гленн впервые заметили эту проблему в конце 1990-х годов, до запуска Mars Pathfinder. «Когда мы пробовали прототип колеса ровера Sojourner над смоделированной марсианской пылью в смоделированной марсианской атмосфере, мы обнаружили, что он заряжается до сотен вольт», - вспоминает он.
Это открытие настолько обеспокоило ученых, что они изменили конструкцию Pathfinder, добавив иголки длиной полдюйма, изготовленные из ультратонкого (диаметром 0,0001 дюйма) вольфрамового провода, заостренного до точки у основания антенн. Иглы позволили бы любому электрическому заряду, который накапливался на ровере, стекать в тонкую марсианскую атмосферу, «как миниатюрный громоотвод, работающий в обратном направлении», - объясняет Карлос Калле, ведущий научный сотрудник Лаборатории электростатики и физики поверхности в космическом центре им. Кеннеди. Флорида Подобные защитные иглы были также установлены на вездеходах Spirit и Opportunity.
На Луне «астронавты Аполлона никогда не сообщали о том, что подвергались воздействию электростатических разрядов», - отмечает Калле. «Однако будущие лунные полеты, использующие большое землеройное оборудование для перемещения большого количества сухой грязи и пыли, могут создать электростатические поля. Поскольку на Луне нет атмосферы, поля могут стать достаточно сильными. В конце концов, разряды могут произойти в вакууме ».
«На Марсе, - продолжает он, - разряды могут происходить при напряжении не более нескольких сотен вольт. Вполне вероятно, что они примут форму коронального свечения, а не молнии. Как таковые, они не могут быть опасны для жизни космонавтов, но они могут быть вредными для электронного оборудования ».
Так каково решение этой проблемы?
Здесь, на Земле, все просто: мы минимизируем статический разряд, заземляя электрические системы. Заземлить их означает буквально соединить их с медными стержнями, стучащими по земле, глубоко в землю. Заземляющие стержни хорошо работают в большинстве мест на Земле, потому что на глубине нескольких футов почва влажная и, таким образом, является хорошим проводником. Сама Земля представляет собой «море электронов», которое нейтрализует все, что с ней связано, объясняет Калле.
В почве Луны или Марса нет влаги. Даже лед, который, как считается, проникает в марсианскую почву, не поможет, поскольку «замерзшая вода не очень хороший проводник», - говорит Лэндис. Таким образом, наземные стержни были бы неэффективны в установлении нейтральной «точки соприкосновения» для лунной или марсианской колонии.
По иронии судьбы лучшая земля на Марсе - воздух. Крошечный радиоактивный источник, «используемый в детекторах дыма», может быть присоединен к каждому скафандру и к месту обитания, предполагает Лэндис. Низкоэнергетические альфа-частицы улетят в разреженную атмосферу, ударяя молекулы и ионизируя их (удаляя электроны). Таким образом, атмосфера прямо вокруг среды обитания или космонавта станет проводящей, нейтрализуя любой избыточный заряд.
Достижение взаимопонимания на Луне было бы сложнее, когда нет даже разреженной атмосферы, которая могла бы помочь слить заряд. Вместо этого может быть обеспечено общее заземление путем захоронения огромного листа фольги или сетки из тонкой проволоки, возможно, сделанной из алюминия (который обладает высокой электропроводностью и может быть извлечен из лунного грунта), под всей рабочей зоной. Тогда все стены и оборудование среды обитания будут электрически соединены с алюминием.
Исследование еще предварительное. Таким образом, идеи отличаются у физиков, которые ищут, ну, немного общего.
Первоисточник: пресс-релиз НАСА
