Een geavanceerde coating die nu wordt getest aan boord van het internationale ruimtestation voor gebruik op satellietcomponenten, zou NASA ook kunnen helpen bij het oplossen van een van de lastigste uitdagingen:hoe de onregelmatig gevormde, vlijmscherpe stofkorrels die zich niet hechten aan vrijwel alles wat ze aanraken, inclusief ruimtepakken van astronauten.

Hoewel de coating oorspronkelijk niet bedoeld was voor het breken van maanstof, "het is dwingend voor deze toepassing, " zei Bill Farrell, een wetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, die aan het hoofd staat van een door NASA gesponsorde onderzoeksorganisatie, Dynamische respons van de omgevingen bij asteroïden, de maan, en manen van Mars, of DROOM2, die de maan- en Marsomgevingen bestudeert. Het bureau beschouwt maanstof als een van de grootste uitdagingen om te verminderen, aangezien het ernaar streeft om tegen 2028 een duurzame verkenning van de maan tot stand te brengen in het kader van zijn Artemis-programma.

Ophoping van elektriciteit verminderen

Goddard-technologen Vivek Dwivedi en Mark Hasegawa creëerden de coating oorspronkelijk voor een even belangrijke taak:ze wilden een coating maken die zou helpen de opbouw van elektrische ladingen die de elektronica van ruimtevaartuigen kunnen vernietigen, te "bloeden". Deze mogelijk missiebeëindigende opbouw vindt plaats wanneer ruimtevaartuigen door plasma vliegen dat zich in de magnetosfeer van de aarde bevindt. Plasma bevat opgesloten geladen deeltjes die elektriciteit geleiden, meewerken aan de opbouw.

Hasegawa's idee was om een ​​geavanceerde technologie, atoomlaagafzetting genaamd, te gebruiken om superdunne films van indiumtinoxide - een effectieve verbinding voor het afvoeren van elektrische ladingen - op droge verfpigmenten aan te brengen. Eenmaal gemengd, de verf kan dan worden gecoat op radiatoren en andere onderdelen van ruimtevaartuigen om de opbouw van elektrische ladingen te helpen verminderen.

alom gebruikt door de industrie, atomaire laagafzetting omvat het plaatsen van een substraat of monster in een reactorkamer, die is als een oven, en het pulseren van verschillende soorten gassen om een ​​ultradunne film te creëren waarvan de lagen letterlijk niet dikker zijn dan een enkel atoom. Het mooie van deze techniek is het feit dat het op vrijwel alles kan worden toegepast, inclusief driedimensionale objecten.

Om de effectiviteit van de met pigment behandelde verf te testen, Dwivedi en zijn team maakten vervolgens een handvol gecoate coupons of wafels, die nu worden blootgesteld aan plasma van een experimentpallet aan boord van het internationale ruimtestation. Hasegawa en Dwivedi verwachten hun monsters later dit jaar te krijgen voor analyse.

Zelfde plasma, Zelfde probleem

Zoals het blijkt, het plasma dat elektronica kan beschadigen terwijl ruimtevaartuigen door de magnetosfeer van de aarde vliegen, is ook de oorzaak van het stofprobleem van de maan.

Het stof van de maan bestaat uit ultrakleine korrels - gevormd door miljoenen jaren van meteorietinslagen die herhaaldelijk rotsen verpletterden en smolten, het creëren van kleine scherven van glas en minerale fragmenten. Ze kunnen niet alleen met orkaanachtige snelheden reizen, maar ze klampen zich ook vast aan alle soorten oppervlakken, niet alleen vanwege hun gekartelde randen, maar ook vanwege hun elektrostatische lading.

Aan de dagzijde van de maan, wreed, onbeschermde ultraviolette straling van de zon schopt elektronen van de stofdeeltjes in de bovenste lagen van de maanregoliet of grond, waardoor het oppervlak van elk stofdeeltje een netto positieve lading krijgt. Zowel aan de donkere kant als in de poolgebieden, de situatie is een beetje anders. Plasma dat uit de zon stroomt, laadt ook het maanoppervlak op, maar, in dit geval, het zet elektronen af ​​en creëert een netto negatieve lading. Het wordt complexer bij de terminator waar de twee partijen elkaar ontmoeten en er ontwikkelen zich nog sterkere elektrische velden - die allemaal van invloed kunnen zijn op mensen of technologie die op de maan landt.

Voor astronauten, de situatie zal verergeren omdat ze hun eigen last dragen en, zoals de Apollo-missies bewezen, zullen stof aantrekken als ze rond de maan zwerven. Omdat NASA de zuidpool van de maan heeft bekeken op mogelijke menselijke bewoning, het is vooral belangrijk dat NASA efficiënte manieren ontwikkelt om deze ladingen af ​​te voeren, zei Dwivedi.

Dat zette Dwivedi aan het denken. Waarom breng je de coating niet aan op maanrovers en zelfs habitats, of atomaire laagafzetting gebruiken om de vezels in ruimtepakmateriaal te behandelen?

"We hebben een aantal onderzoeken uitgevoerd naar maanstof. Een belangrijke bevinding is om de buitenste huid van de ruimtepakken en andere menselijke systemen geleidend of dissipatief te maken, " zei Farrell. "Wij, in feite, hebben strikte geleidbaarheidseisen voor ruimtevaartuigen vanwege plasma. Dezelfde ideeën zijn van toepassing op ruimtepakken. Een toekomstig doel is dat de technologie geleidende huidmaterialen produceert, en dit wordt momenteel ontwikkeld."

Meer onderzoek aan de gang

In samenwerking met Farrell, Dwivedi en zijn team, waaronder de University of Maryland-onderzoeker Raymond Adomaitis, zijn nu van plan om hun afzettingscapaciteiten voor atomaire lagen verder te verbeteren. Het team is van plan een grotere reactor te bouwen, of oven, om de opbrengst van het ladingsverminderende pigment te verhogen, die ze vervolgens zouden toepassen op coupons en ruimtepakmateriaal om te testen.

"Het bouwen van een atomaire laagafzettingssysteem met groot volume om kits te maken die grote oppervlakten kunnen coaten, zoals rover-oppervlakken, voor testen kan verder profiteren van technologieën voor maanverkenning, ' zei Farrel.