Jak ochránit skafandry před lunárním regolitem?

Na Mezinárodní kosmické stanici se momentálně testuje pokročilá ochranná vrstva, která by mohla najít uplatnění na některých částech družic. Kromě toho ale NASA uvažuje o tom, že by ji využila i pro řešení jednoho z méně nápadných, ale o to palčivějších problémů, který souvisí s návratem lidí na Měsíc. Je totiž potřeba zajistit ochranu lunárních skafandrů před nepravidelně tvarovanými zrníčky měsíčního regolitu. Jejich hrany jsou velmi ostré a přilnou téměř ke všemu, čeho se dotknou včetně skafandrů. Je sice pravda, že tento ochranný potah původně nebyl vyvíjen pro řešení problémů s lunárním prachem, ale jak říká Bill Farrell, vědec z Goddardova střediska, „jedná se o řešení, které je pro tuto aplikaci vhodné.“ Právě on stojí v čele výzkumné organizace DREAM2 (Dynamic Response of the Environments at Asteroids, Moon, and moons of Mars), kterou sponzoruje NASA a která studuje podmínky na Měsíci a na Marsu. NASA považuje ochranu před lunárním regolitem za jednu z hlavních výzev, které vyžadují co největší omezení, aby bylo možné zajistit v rámci programu Artemis udržitelný průzkum Měsíce.

Skafandr xEMU má kromě jiného sloužit i k výstupům na lunární povrch v rámci programu Artemis.

Skafandr xEMU má kromě jiného sloužit i k výstupům na lunární povrch v rámci programu Artemis.
Zdroj: https://image-cdn.hypb.st

Vivek Dwivedi a Mark Hasegawa z Goddardova střediska nejprve vytvořili ochrannou vrstvu pro podobně důležitý úkol. Jejich cílem bylo vytvořit povlak, který by pomohl odstranit elektrický náboj schopný poškodit palubní elektroniku. Hromadění elektrického náboje, které může v extrémním případě ukončit provoz družice, nastává za situace, kdy družice prolétává plazmatem mimo zemskou magnetosféru. V plazmatu jsou nabité částice, které vedou elektřinu a které se tak mohou hromadit.

Schéma metody depozice atomární vrstvy alias ALD (atomic layer deposition)

Schéma metody depozice atomární vrstvy alias ALD (atomic layer deposition)
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

Hasegawa přišel s nápadem použít pokročilou technologii zvanou depozice atomární vrstvy alias ALD (atomic layer deposition), která umožní vytvořit supertenký film cínem dopovaného oxidu inditého neboli ITO (indium tin oxide) na suché barevné pigmenty. Tato směs je velmi účinná k rozptýlení elektrických nábojů. Poté, co se z takto ošetřeného pigmentu stane barva, stačí ji aplikovat na radiátory a další části družice, na kterých je potřeba omezit riziko hromadění elektrického náboje.

Metoda depozice atomární vrstvy se ve výrobě používá na celé řadě míst. „Metoda ALD probíhá tak, že je vzorek umístěný do vyhřáté komory, do níž jsou jeden po druhém postupně vpouštěny reakční plyny. Každý z nich vytvoří prakticky jednoatomární vrstvu, čímž se reakce ukončí a komora vyprázdní. Vpuštěním dalšího plynu pak dojde k nanesení další vrstvy stejným postupem. Výsledkem je tak “sendvičová struktura vrstev”. Tloušťka takového sendviče je menší než jsou tzv. kritické rozměry mnoha fyzikálních jevů (např. do vlnové délky světla stovky nanometrů se vejde takových vrstev tisíc), díky zákonům nanosvěta tak ALD vrstvy vykazují naprosto originální vlastnosti,“ vysvětluje Dr. Jan Tomáštík, specialista na fyziku tenkých vrstev z Univerzity Palackého v Olomouci a také popularizátor vědy v rámci projektu Vědátor.

Krása této metody je v tom, že se dá aplikovat v podstatě na úplně cokoliv včetně trojrozměrných objektů. „Je to pokročilá chemická metoda schopná výroby vrstev skutečně jen tloušťky 1 atomu. To vlivem skvělého poměru povrch/objem přináší (nano)vlastnosti nedosažitelné světu objemových materiálů,“ dodává Tomáštík.

Ale zpátky ke kosmické aplikaci. Pro ověření efektivnosti barvy vytvořené z takto ošetřeného pigmentu se Dwivedi a jeho tým rozhodli připravit několik destiček pokrytých touto barvou. Nyní jsou tyto vzorky vystaveny plasmatu na experimentální paletě na ISS. Hasegawa a Dwivedi očekávají, že se jim vzorky na Zemi pro pečlivou analýzu vrátí koncem letošního roku.

Vlevo vidíme mikroskopický snímek neošetřených zrníček barevného pigmentu, vpravo pak zrníčka pigmentu po depozici atomární vrstvy.

Vlevo vidíme mikroskopický snímek neošetřených zrníček barevného pigmentu, vpravo pak zrníčka pigmentu po depozici atomární vrstvy.
Zdroj: https://www.nasa.gov

Jak se ale ukázalo, plazma, které může poškodit elektroniku družic v zemské magnetosféře je také zdrojem problémů s lunárním prachem. Měsíční regolit tvoří mikroskopická zrníčka, která vznikla během milionů let při nesčetných dopadech meteoritů na povrch Měsíce. Jejich nárazy opakovaně drtily a tavily okolní materiály. Tím vznikly droboučké úlomky skla a kamenů. Jejich hlavní nepříjemnost spočívá v tom, že ulpívají na všech možných površích. Není to vlivem jejich ostrých hran, příčinu musíme hledat v jejich elektrostatickém náboji.

Slavná fotka otisku boty Buzze Aldrina v lunárním regolitu z mise Apollo 11

Slavná fotka otisku boty Buzze Aldrina v lunárním regolitu z mise Apollo 11
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Na ozářené straně Měsíce je povrch spalován drsným a ničím neblokovaným ultrafialovým zářením ze Slunce, které doslova vykopne elektrony z atomů tvořících částice zdejšího povrchového regolitu. Povrch každé prachové částice tím získá pozitivní náboj. Na noční straně Měsíce a také v polárních oblastech je situace trochu jiná. Plazma ze Slunce tu také nabíjí povrchový regolit, jenže v tomto případě sem ukládá elektrony a vytváří negativní náboj. Na rozhraní světla a stínu (tzv. terminátoru) je celý proces komplikovanější a výsledkem je vytvoření ještě silnějšího elektrického pole. Všechny tyto procesy přitom mají vliv na přístroje a technologie, které přistanou na Měsíci.

Pro astronauty bude celá situace ještě horší, protože si s sebou nesou vlastní náboj a jak se potvrdilo při misích Apollo, budou přitahovat prachové částice při pohybu po Měsíci. Jelikož si NASA vybrala jižní pól Měsíce jako cíl pro další pilotovanou výpravu, je velmi důležité, aby se postarala o vývoj efektivních způsobů, jak se zbavit tohoto náboje,“ říká Dwivedi.

Cínem dopovaný oxid inditý neboli ITO (indium tin oxide)

Cínem dopovaný oxid inditý neboli ITO (indium tin oxide)
Zdroj: https://www.sputtertargets.net

Výzkumník se proto zamyslel a došel k přelomové otázce – Proč neaplikovat na lunární rovery či dokonce obydlí ochranou vrstvu, nebo proč nepoužít depozici atomární vrstvy na vlákna látky pro skafandry? „Provedli jsme velké množství studií, které zkoumaly lunární regolit. Naším cílem je, aby vnější vrstva skafandrů a další systémy byly vodivé nebo naopak náboj rozptylovaly,“ říká Farrell a dodává: „Kvůli plasmatu máme u kosmických sond opravdu přísné požadavky na jejich vodivost. Stejné nápady se dají aplikovat i na skafandry. Budoucím cílem je, aby technologie vyráběla povlaky z vodivých materiálů, což se v současné době vyvíjí.

Ve spolupráci s Farrellem, Dwivedim a jejich týmem se Raymond Adomaitis, výzkumník z University of Maryland nyní pokouší o další vylepšení možností metody depozice atomární vrstvy. Tým plánuje postavit větší reakční komoru, která by zvýšila výtěžnost pigmentu rozptylujícího elektrický náboj. Ten by se následně aplikoval na materiály pro skafandry v rámci zkoušek. „Sestavení velkoobjemového systému depozice atomární vrstvy za účelem vytvoření souprav, které mohou pokrývat velkoplošné povrchy, jako jsou povrchy vozítek, mohou být dalším přínosem technologií pro měsíční průzkum,“ zakončil Farrell.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/…/files/styles/side_image/public/thumbnails/image/dirty_spacesuit.jpg
https://image-cdn.hypb.st/…nasa-artemis-spacesuits-unveil-info-tw.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/55/ALD_schematics.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/coat-uncoat.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/89/Apollo_11_bootprint.jpg
https://www.sputtertargets.net/wp-content/uploads/2018/05/Indium-Tin-Oxide-1-600×402.jpg

Jak ochránit skafandry před lunárním regolitem?, 4.9 out of 5 based on 11 ratings
Pin It
(Visited 3 649 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 4.9/5 (11 votes cast)
(Visited 3 649 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


12 komentářů ke článku “Jak ochránit skafandry před lunárním regolitem?”

  1. pave69 napsal:

    Kdybych se inspiroval formulacemi článku, tak bych napsal, že “mám přísné požadavky na češtinu díky pochopení”. Ale ve skutečnosti chci říci, že aby se článek dal plně pochopit, tak by ho někdo musel do té češtiny přeložit pořádně. Radši jsem si přečetl anglický originál. Jinak by se mi z toho možná vyrazila nějaká “kožní” nepříjemnost.

    • Dušan Majer napsal:

      Kritiku samozřejmě akceptuji, ale pouze pokud je konstruktivní. To, co jste napsal, je typický příklad kritiky, o kterou nestojíme, neboť je destruktivní. Proč? Jednoduše proto, že jste jen řekl, že je něco špatně. Už jste ale neuvedl, co přesně je špatně, případně jak to formulovat lépe. Na našem webu si zakládáme na tom, že pokud nás čtenáři upozorní na chybu či špatnou formulaci, tak danou nesrovnalost opravíme a ještě danému člověku poděkujeme za to, že nám pomohl.
      Ale z vaší zprávy nejde vyčíst nic konkrétního. Takže pokud mohu poprosit – buďto nám příště napište, co přesně se má jak přeformulovat (a my to opravíme a poděkujeme vám), nebo takovouto polovičatou zprávu ani nepište, protože její přínos je pro nás nulový, když nevíme, co přesně není správně a jak by to správně mělo být. Děkuji za pochopení.

      • Jiný Honza napsal:

        Tak třeba:
        Ve skutečnosti máme ve vesmíru přísné požadavky na vodivost díky plazmatu.

        Nebo:
        Budoucím cílem je, aby technologie vyráběla vodivé „kožní“ materiály, což se v současné době vyvíjí.

        A mnoho dalších. Netvrdím že to úplně brání pochopení, ale česky to moc není. Ale na tom, že je to těžko srozumitelný článek má zásadní podíl už originál.

        • Dušan Majer napsal:

          Díky za jmenování konkrétních příkladů. Pokud uvedete, jak si představujete optimální úpravu, milerád dané pasáže upravím. Díky za pomoc při zlepšování našeho webu.

          • pave69 napsal:

            We, in fact, have strict conductivity requirements on spacecraft due to plasma: Kvůli plasmatu máme u kosmických sond opravdu přísné požadavky na jejich vodivost.
            skin (v dané souvislosti): povlak, takže to produce conductive skin materials je výroba povlaků z vodivých materiálů

          • Dušan Majer napsal:

            Díky za konkrétní tipy, opraveno.

  2. Alois napsal:

    Příjem každé informace je závislý na mnoha souběžných podmínkách které limitují příjemce. Protože je zbytečné informace upravovat tak aby byly přístupné všem, zpravidla jsou určeny pro vymezený okruh příjemců a ostatním jsou dílem zcela nebo částečně nepochopitelné a dalšímu okruhu zase zbytečně polopatické.

  3. Bohumil Boruvka napsal:

    Myslim ze pri trose dobre vule a zdraveho rozumu by se ten clanek dal pochopit i kdiby byl prelozen pouze primo z Google prekladace…Samozrejme pokud nekdo vylozene trpi pri cteni prelozenych clanku na tomto webu nemusi sem vubec chodit a muze si clanek uzit na puvodnim anglicky psanem webu.Ja s anglictinou problem nemam ale cestina je mi blizsi tak si temer vse ctu tady a vse dobre chapu.Zadny prekdad nikde neni a nebude dokonaly…. Hnidopichove prosim vas pouzivejte selsky rozum a clanky pro vas budou razem srozumitelne…

    • Dušan Majer napsal:

      Díky za názor, jsem rád, že se k nám vracíte. Ale jsem rád, že nám pán napsal návrh na zlepšení. Kdyby byl trochu konkrétnější, bylo by to ještě přínosnější. Ale rozhodně jsme rádi, když nás čtenáři upozorní na chybu, nejsme neomylní.

      • pave69 napsal:

        Já taky překládám z angličtiny, používám CAT a je strašně jednoduché to odkliknout, že je to tak správně. A pak si to po sobě za 2 dny přečtu a je to hrozné. Konkrétní návrhy jsem psal výše, tak jen obecněji:
        due na konci anglické věty, pokud uvozuje nějakou problémovou příčinu, je dost nevhodné nechat na konci věty a přeložit jako “díky” – v češtině by to mohlo být jen jako drsná ironie, Posuďte např. Na Floridě zahynulo 200 lidí díky katastrofě letadla. Obecně, pokud překladatel nemění slovosled, tak je hodně vidět, že je to přeložené z angličtiny a zní to divně.
        Zrovna tak je spousta slov, která je nutné překládat různě podle kontextu, typické je vehicle – což je skoro vždy vozidlo, ale vehicle Falcon 9 je už něco jiného – což kosmonautix překládá určitě správně, to všechna čest. Ale ujel “skin” což je v technických souvislostech tenká vrstva na povrchu, tedy např. povlak, v architektuře typicky obklad, pokryv. Čech si pod pojmem kůže vždy představí něco měkkého a organického. CAT programy umožňují schovávat si překlady termínů, aby to příště nabídly správně – tedy pokud je to ve stejném kontextu, což už je zase na člověku.

        • Dušan Majer napsal:

          Díky za tipy, například Vámi zmíněné due se snažím překládat podle situace – někdy díky, někdy kvůli. Tady jsem to evidentně vycítil špatně.

  4. Alois napsal:

    Pod každým článkem je návod jak upozornit autora na možné nepřesnosti. Kdybyste tam napsal dle Vás správné znění ” překládané” věty, bylo to bez problémů. Ale to byste se se nemohl zviditelnit a možná cosi kompenzovat. Autoři sami o to žádají nechápu proč jim nevyhovíte a otravujete nás, kterým je článek naprosto jasný a srozumitelný.

Napište komentář k pave69