Para citar al administrador asociado de la NASA, Jim Reuter, enviar misiones tripuladas a Marte para 2040 es un "objetivo audaz". Los desafíos incluyen la distancia involucrada, que puede tardar hasta seis meses en recorrer utilizando métodos de propulsión convencionales. Luego está el peligro que plantea la radiación, que incluye una mayor exposición a partículas solares, llamaradas y rayos cósmicos galácticos (GCR). Y luego está el tiempo que las tripulaciones pasarán en microgravedad durante los tránsitos, lo que puede tener graves consecuencias para la salud, la fisiología y la psicología humanas.
Pero ¿qué pasa con los desafíos de vivir y trabajar en Marte durante varios meses seguidos? Si bien la elevada radiación y la menor gravedad son motivo de preocupación, también lo es el regolito marciano. Al igual que el regolito lunar, el polvo de Marte se adherirá a los trajes espaciales de los astronautas y desgastará sus equipos. Sin embargo, también contiene partículas nocivas que deben eliminarse para evitar contaminar los hábitats. En un estudio reciente, un equipo de ingenieros aeroespaciales probó un nuevo sistema electrostático para eliminar el regolito marciano de los trajes espaciales que podría eliminar el polvo dañino con hasta un 98% de eficiencia.
El nuevo sistema fue diseñado por Benjamin M. Griggs y Lucinda Berthoud, estudiante de maestría en ingeniería y profesora de Ingeniería de Sistemas Espaciales (respectivamente) en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Bristol, Reino Unido. El documento que describe el sistema y el proceso de verificación fue publicado recientemente en la revista Acta Astronautica . Como explican, el sistema de eliminación electrostática (ERS) que proponen utiliza el fenómeno de la dielectroforesis (DEP) para eliminar el polvo marciano de las telas de los trajes espaciales.
Al igual que su homólogo lunar, se espera que el regolito marciano esté cargado electrostáticamente debido a la exposición a la radiación cósmica. Pero en Marte también contribuyen los remolinos de polvo y las tormentas, que se sabe que generan descargas electrostáticas (también conocidas como rayos). Durante las misiones Apolo, los astronautas informaron cómo el regolito lunar se adhería a sus trajes y era rastreado hasta sus módulos lunares. Una vez dentro, también se pegaría a todo y entraría en sus ojos y pulmones, provocando irritación y problemas respiratorios.
Dados sus planes de devolver astronautas a la luna a través del Programa Artemisa, la NASA está investigando varios métodos para evitar que el regolito entre en los módulos habitacionales, como tecnología de recubrimiento para trajes espaciales y rayos de electrones para limpiarlos. Si bien se espera que el polvo marciano cause un desgaste similar a los trajes espaciales, la situación empeora porque puede contener partículas tóxicas. Como explicó Griggs a Universe Today por correo electrónico:
"Más allá de tener un efecto abrasivo en los propios trajes espaciales, también se espera que el regolito marciano presente problemas de salud a los astronautas. Se sabe que contiene una variedad de partículas dañinas que pueden ser cancerígenas o causar problemas respiratorios, y los datos de la misión Pathfinder mostraron la presencia Por lo tanto, será necesario quitar las partículas tóxicas como el cromo del regolito de los trajes espaciales antes de ingresar a las zonas habitadas en Marte para evitar el contacto entre los astronautas y las partículas del regolito."
El principio detrás del dispositivo, la dielectroforesis (DEP), se refiere al movimiento de partículas neutras cuando se someten a un campo eléctrico no uniforme. Su sistema de eliminación electrostática (ERS) propuesto consta de dos componentes:un generador de forma de onda de alto voltaje (HVWG) utilizado para producir ondas cuadradas de diferentes frecuencias y amplitudes de hasta 1000 voltios y un dispositivo de eliminación electrostática (ERD) que consta de una serie de electrodos de cobre paralelos. . Cuando se aplican ondas cuadradas a través de los electrodos del ERD, se genera un campo eléctrico grande y variable. Como resumió Griggs:
"Por lo tanto, cuando las partículas de polvo inciden sobre la superficie del ERD, las partículas de polvo se desplazan mediante una combinación de fuerzas electrostáticas y dielectroforéticas (debido al gran campo eléctrico), que actúa sobre las partículas cargadas y descargadas respectivamente dentro del polvo. actúa para desplazar las partículas de polvo en una dirección perpendicular a los electrodos, lo que resulta en la limpieza de la superficie del ERD."
Para evaluar el rendimiento del sistema propuesto, Griggs y el profesor Berthoud desarrollaron un experimento para investigar varias variables clave. Esto incluía la frecuencia y amplitud de las ondas cuadradas, el espacio entre los electrodos, la inclinación de la superficie del ERD, la distancia entre los electrodos y la capa de polvo y el material de la superficie de la que se elimina el polvo. El primer paso fue producir modelos analíticos, lo cual era una tarea extremadamente compleja para este sistema, y los modelos numéricos anteriores no eran particularmente útiles.
"Por lo tanto, para este trabajo, se derivó un modelo más simple utilizando la ley de Couloumb y la ley de dielectroforesis para una predicción preliminar del efecto de parámetros que incluyen la amplitud de la onda cuadrada, el espaciado de los electrodos y la separación del polvo-electrodo (la distancia real entre los electrodos y las partículas de polvo que actúan para eliminar) en el rendimiento del sistema", dijo Griggs. El siguiente paso fue preparar un experimento que cuantificaría el rendimiento y el comportamiento óptimos del sistema propuesto y mediría sus efectos. Como lo describió Griggs:
"Se desarrollaron dos métricas para cuantificar y comparar el rendimiento del sistema durante las pruebas:rendimiento de limpieza (% de la superficie que estaba limpia no contenía partículas de polvo) y tasa de limpieza (una tasa de limpieza normalizada basada en el tiempo necesario para pasar de 5 (% al 60% del rendimiento de limpieza final). Se exploró experimentalmente una amplia gama de parámetros, incluida la frecuencia y la amplitud de la onda cuadrada aplicada a través de los electrodos. Luego, el sistema se aplicó para eliminar el polvo de la capa exterior de los trajes espaciales integrando una capa. de Orto-tela (la capa exterior de los trajes espaciales) entre el sistema y una capa de partículas de polvo."
A partir de sus pruebas, descubrieron que el sistema lograba un rendimiento de limpieza óptimo del 98 % cuando se integraba directamente debajo de una capa de partículas de polvo. Sin embargo, esto disminuyó significativamente cuando se introdujo la capa exterior debido a la mayor distancia entre el sistema y las partículas de polvo. Como resultado, concluyen que este sistema probablemente tendría que integrarse directamente en la capa exterior de los trajes espaciales para aumentar el rendimiento, posiblemente entretejido en la propia tela. El sistema ofrece un método no abrasivo para eliminar el polvo, algo esencial para futuras misiones a Marte.
Sin embargo, como resumió Griggs, se requieren más mejoras antes de que la tecnología pueda usarse en futuras misiones. Además, los beneficios potenciales van más allá de la salud de los astronautas y de la eliminación del polvo de los trajes espaciales:
"Este concepto ya ha sido explorado con éxito, aunque por su propia naturaleza compromete la integridad de la capa exterior del traje espacial. Por lo tanto, la tecnología requiere perfeccionamiento antes de su aplicación en futuras misiones a Marte. La tecnología proporciona una alternativa adecuada a los métodos mecánicos de polvo Eliminación de polvo utilizada en las misiones Apolo de corta duración (cepillado y aspirado), que no son adecuadas para misiones marcianas más largas debido a su efecto abrasivo en los trajes espaciales. Por lo tanto, también es una tecnología muy prometedora para la eliminación de polvo en otras aplicaciones, como por ejemplo la eliminación de polvo. paneles solares o dispositivos ópticos, que serán esenciales en futuras misiones a Marte."
Más información: Benjamin M. Griggs et al, Desarrollo de un sistema de eliminación electrostática para su aplicación en la eliminación de polvo de trajes espaciales marcianos, Acta Astronautica (2024). DOI:10.1016/j.actaastro.2024.02.016
Información de la revista: Acta Astronáutica
Proporcionado por Universe Today
