In de komende jaren gaat NASA voor het eerst sinds de Apollo-tijd terug naar de maan. In plaats van een 'voetafdrukken en vlaggen'-operatie te zijn, is Project Artemis bedoeld als eerste stap in het creëren van een duurzame menselijke aanwezigheid op de maan. Dit brengt natuurlijk een aantal uitdagingen met zich mee, niet in de laatste plaats die te maken hebben met lunar regolith (ook bekend als moondust). Om deze reden onderzoekt NASA strategieën om deze dreiging te verminderen.
Zoals Robert A. Heinlein kan bevestigen, is de maan een harde meesteres! Het ervaart extreme bereiken in oppervlaktetemperatuur, gaande van pieken van 117 ° C (242 ° F) tot dieptepunten van -173 ° C (-279 ° F). Er is ook geen atmosfeer en geen beschermend magnetisch veld, wat betekent dat astronauten worden blootgesteld aan een intense hoeveelheid straling op de maan - tussen 110 en 380 mSv per jaar, vergeleken met gemiddeld 2,4 mSv op aarde.
Moondust is echter bijzonder lastig vanwege de manier waarop het onregelmatig gevormd en vlijmscherp is. Dit stof werd gevormd door miljoenen jaren van meteorietinslagen die silicaatmateriaal smolten en kleine stukjes glas en minerale fragmenten creëerden. Om het nog erger te maken, houdt het zich aan zo ongeveer alles wat het aanraakt, inclusief ruimtepakken (zoals de Apollo-astronauten zeker hebben opgemerkt).
Dit komt niet alleen door het feit dat de stofdeeltjes gekartelde randen hebben, maar ook door hun elektrostatische lading. Aan de dagzijde van de maan zorgt ultraviolette straling van de zon ervoor dat elektronen verloren gaan door de bovenste stoflagen, waardoor het een netto positieve lading krijgt. Rond de polen en de donkere kant zorgt zonneplasma ervoor dat de regolith elektronen oppikt, waardoor het een netto negatieve lading krijgt.
Hierdoor vormt dit stof niet alleen een aanzienlijke bedreiging voor machines met bewegende delen (zoals radiatoren), maar kan het ook de elektronica verstoren door elektrostatische ladingen op te bouwen. Om dit aan te pakken, hebben NASA-onderzoekers een geavanceerde coating ontwikkeld die op alles kan worden gebruikt, van het ISS en ruimtevaartuig tot satellieten en ruimtepakken.
De coating is ontwikkeld door Goddard-technologen Vivek Dwivedi en Mark Hasegawa als onderdeel van NASA's Dynamic Response of the Environments at Asteroids, the Moon, and moons of Mars (DREAM2) -programma. De coating bestaat uit atomaire lagen van titaniumoxide, die wordt aangebracht op droge verfpigmenten met behulp van een methode die bekend staat als geavanceerde technologie die atomaire laagdepositie wordt genoemd.
Dit proces, dat regelmatig voor industriële doeleinden wordt gebruikt, omvat het plaatsen van een substraat (in dit geval titaniumoxide) in een reactorkamer en het pulseren van verschillende soorten gassen om lagen te creëren die niet dikker zijn dan een enkel atoom. Oorspronkelijk was deze coating bedoeld om de elektronica van ruimtevaartuigen af te schermen terwijl ze door geleidende plasmawolken in de magnetosfeer van de aarde vliegen - ook het resultaat van zonnewind.
Om de coating te testen, hebben Dwivedi en zijn team een experimentpallet voorbereid dat bedekt is met gecoate wafels, die momenteel aan boord van het internationale ruimtestation worden blootgesteld aan plasma. Gecombineerd met wat we weten over maanstof, kan deze coating het verschil betekenen tussen toekomstig succes en falen, niet alleen met Artemis, maar met zijn langetermijnplannen. Zoals Farrell zei:
'We hebben een aantal onderzoeken uitgevoerd naar maanstof. Een belangrijke bevinding is om de buitenhuid van de ruimtepakken en andere menselijke systemen geleidend of dissipatief te maken. We hebben in feite strikte geleidbaarheidseisen voor ruimtevaartuigen vanwege plasma. Dezelfde ideeën zijn van toepassing op ruimtepakken. Een toekomstig doel is dat de technologie geleidende huidmaterialen produceert en deze wordt momenteel ontwikkeld. ”
Wat de toekomst betreft, zijn Farrell, Dwivedi en hun collega's van plan hun mogelijkheden voor het afzetten van atoomlagen verder te verbeteren. Dit vereist een grotere reactor om de opbrengst van het ladingverminderende pigment, dat ze willen bouwen, te verhogen. Als dat eenmaal is voltooid, is de volgende stap het testen van het pigment op ruimtepakken.
"Het bouwen van een atoomlaagdepositiesysteem met een groot volume om kits te maken die grote oppervlakken kunnen bedekken, zoals roveroppervlakken, om te testen, kan technologieën voor de verkenning van de maan verder ten goede komen", aldus Farrell. Dit is zeker waar gezien de wens van NASA om met internationale partners samen te werken om een permanente buitenpost rond het zuidelijke poolgebied van de maan te vestigen.
