تمیز کردن لباس فضانوردان با پرتوهای الکترون

فضانوردان دوران ماموریت های "آپولو" می گویند که خاصیت چسبنده و دردسرساز گرد و غبار ماه باعث بروز مشکلات در تجهیزات و مشکلات بهداشتی در آخرین باری شده است که انسان پا به ماه گذاشت و یافتن راهی برای مقابله با ذرات تیز و خشن موجود در ماه در اولویت ناسا و سایر آژانس های فضایی سراسر جهان برای بازگشت به تنها قمر زمین است. 

ناسا و شرکای آن برای اولین بار در تاریخ بشر تلاش خود را برای قدم نهادن آمریکا به مریخ آغاز کرده اند، اما فعلا اولین مقصد قرار است کمی به زمین نزدیکتر باشد و ابتدا ناسا به ماه بازگردد و سپس عازم مریخ شود. زیرا قبل از اینکه سفر به سیاره سرخ عملیاتی شود، باید فناوری های بیشماری اختراع و آزمایش شود که از جمله مهمترین آنها فناوری زنده و سالم نگه داشتن فضانوردان هنگام اکتشاف در سطح مریخ است.

نزدیک ترین و بارزترین نمونه آزمایشی آسمانی که ناسا می تواند این فناوری ها را در آن آزمایش کند، ماه خودمان است. این ماهواره طبیعی زمین برای اکتشاف و آزمایش دارای مزایای زیادی است که مهمترین آنها نزدیک بودن آن به زمین است، اما دارای مشکلاتی نیز هست.

یکی از این مشکلات برای هر مأموریتی که بخواهد سطح ماه را لمس کند، اعم از اینکه توسط انسان هدایت شود یا ربات، طبیعت دردسرساز گرد و غبار موجود در سطح ماه است. سطح ماه در لایه ضخیمی از گرد و غبار یا به قول دانشمندان "رگولیت"(regolith) یا "سنگ پوشه" پوشیده شده است و ثابت شده است که این معضلی جدی برای فضانوردانی بوده است که ماه را در دوران آپولو اکتشاف کرده اند.

سنگ پوشه یا رِگولیت به لایه‌ای از سنگ یا پوششی از واریزه‌های سنگی که روی سنگ بستر را می‌پوشاند  گفته می‌شود. سنگ‌پوشه از موادی ناهمگون تشکیل شده و شامل گرد و غبار، خاک، سنگ‌ریزه و دیگر مواد مربوط است که در کره زمین، ماه، مریخ، برخی سیارک ها و دیگر اجرام فضایی پیدا می‌شود. تشکیل سنگ‌پوشه در کره زمین بیشتر بر اثر فرسایش و هوازدگی انجام می‌شود. به خاطر نبود یا کمبود جو در دیگر کرات، سنگ‌پوشه‌ها در کرات دیگر بیشتر بر اثر برخورد شهاب‌سنگ‌های ریز و همچنین بر اثر تاثیرات تابش‌های کیهانی بر روی سطح کرات تشکیل می‌شوند.

رگولیت تیز است و از اشعه خورشیدی اشباع شده است که به آن بار مثبت می دهد و در نتیجه تمایل به چسبیدن به هر سطحی که با آن تماس پیدا می کند، دارد. بدتر اینکه در محیط کم جاذبه ماه، به راحتی توسط چکمه های فضانوردان پرتاب می شود که خطرآفرین است و پدیده ای مانند برخورد ریز شهاب ها ایجاد می کند.

فضانوردان آپولو گزارش دادند که رگولیت به لباس فضایی آنها آسیب رسانده، تجهیزات را پوشانده، عملکرد سطوح کنترل حرارتی را کاهش داده و حتی برای سلامتی فضانوردان مضر بوده است. همچنین پتانسیل پوشاندن سطح صفحات خورشیدی را دارند که موجب کاهش توانایی آنها در تولید برق مورد نیاز یک پایگاه بالقوه در ماه خواهد شد.

یک مطالعه جدید در دانشگاه کلرادو در بولدر نشان داده است که یک پرتو الکترونی می تواند سلاحی موثر برای تمیز نگه داشتن لباس های فضایی و سایر تجهیزات اصلی در سطح ماه باشد.

محققان این مطالعه یک صفحه شیشه ای و یک نمونه از لباس فضایی فضانوردان آپولو را داخل یک محفظه خلاء قرار دادند و سطوح آنها با رگولیت شبیه سازی شده پوشیده شد.

سپس یک جریان از پرتوهای الکترونی به منظور کندن گرد و غبار از سطوح نمونه ها به سمت آنها شلیک شد. از لحاظ نظری، الکترون ها باید بتوانند به لایه بالایی ذرات نفوذ کرده و به ذرات زیرین برخورد کنند و باعث شوند الکترون های ثانویه که به آنها "فوتوالکترون" نیز می گویند، ساطع شوند. بخشی از این ذرات ثانویه پس از ذخیره بارهای منفی در ذرات اطراف، در ریز حفره های جدا کننده ذرات جذب می شوند.

اگر الکترون ها به اندازه کافی به رگولیت شبیه سازی شده شلیک شوند، تجمع بارهای منفی روی ذرات گرد و غبار باعث می شود که آنها یکدیگر را با نیروی کافی دفع کنند تا بر نیروهای نگهدارنده خود غلبه کنند و این امر اساساً باعث پرش و زدایش ذرات از سطح مواد می شود.

در نهایت اکثر ذرات گرد و غبار پس از برخورد با پرتوهای متمرکز و کم انرژی الکترون از سطوح کنده شدند. محققان می گویند موفقیت در تمیز کردن الکترونی به ضخامت پوشش رگولیت بستگی داشت، اما به طور کلی ۷۵ تا ۸۵ درصد از ذرات به طور کلی حذف شد.

محققان پیشنهاد می کنند که فضانوردان آینده می توانند از یک استراتژی که ترکیبی از پرتوهای الکترونی و استفاده از برس است، استفاده کنند.
مطالعاتی از این دست اگر بشر بخواهد حضور پایدار خود را در دنیایی دیگر برقرار کند، ضروری است. فضانوردان نمی توانند بدون لباس فضایی یا برق به اکتشاف بپردازند.

این تحقیق در مجله Acta Astronautica منتشر شده است.