Лунная пыль смертельно опасна для человека

Лунная пыль смертельно опасна для человека. Спутник Земли не подходит для колонизации?

Ученые выяснили, что лунная пыль смертельно опасна для человеческого организма. Вещества в ее составе могут спровоцировать развитие онкологического заболевания. Это значит, что спутник нельзя колонизировать? Рассказываем все, что известно о новом открытии.

Читайте «Хайтек» в

Что такое лунная пыль?

Когда Нил Армстронг (Neil Armstrong) и Базз Олдрин (Buzz Aldrin) вернулись с Луны, в багаже у них было более 20 килограммов лунной почвы и камней, которые были упакованы в алюминиевый контейнер с уплотнителями.

Благодаря им внутри поддерживалось низкое давление — как на лунной поверхности. Но когда контейнер попал к ученым в космический центр Хьюстона, они обнаружили, что эти уплотнения разрушила лунная пыль.

Лунная пыль мелкая, как порошок, но она режет не хуже стекла. Пыль эта образуется при падении на лунную поверхность метеоритов. Они раскаляют и размельчают скальные породы и почву, которые содержат кварц и железо.

А поскольку на Луне нет ветра и воды, чтобы закруглить режущие края, крошечные крупинки очень острые и имеют зазубрины. И они прилипают почти ко всему.

Агрессивная природа лунной пыли представляет собой более серьезную проблему для инженеров и для здоровья поселенцев, чем радиация. Эта пыль пачкала скафандры и слоями снимала подошвы лунных ботинок. За шесть полетов «Аполлонов» низкое давление не удалось сохранить ни в одном контейнере с лунной породой. Пыль проникала вслед за астронавтами и вовнутрь космических кораблей. По словам Шмитта, она пахла порохом, и из-за нее было трудно дышать.

Гарриосн Шмитт, астронавт из экипажа «Аполлона-17»

Где находится лунная пыль?

Пыль не просто покрывает поверхность Луны, она поднимается почти на стокилометровую высоту над ней, составляя часть ее экзосферы, где частицы привязаны к Луне силой притяжения, но расположены настолько редко, что почти никогда не сталкиваются.

В 1960-е годы зонды Surveyor сняли сверкающее облако, которое во время восхода солнца плыло прямо над лунной поверхностью. Позднее астронавт «Аполлона-17» Джин Сернан (Gene Cernan), облетая Луну, зафиксировал аналогичное явление в области резкой линии, где лунный день встречается с ночью, назвав его «Терминатор». Сернан сделал несколько зарисовок, показав, как меняется пылевой ландшафт.

Сначала потоки пыли поднимались с поверхности и зависали, а потом образовавшееся облако стало видно отчетливее, когда космический корабль приблизился к зоне дневного света. А поскольку ветра для формирования облака не было, его происхождение осталось загадкой. Есть предположение, что такие облака состоят из пыли, но никто не понимает, как они формируются и почему.

Возможно, на линии дня и ночи образуется электрическое поле, когда солнечный свет встречается с тенью. Оно вполне может поднять частицы пыли вверх. Физик из Колорадского университета в Боулдере Михали Хораньи (Mihály Horányi) продемонстрировал, что лунная пыль действительно может реагировать на такие электрические поля.

Однако у него есть подозрения, что этот механизм недостаточно мощен, чтобы удерживать таинственные сверкающие облака в пространстве.

Откуда появляется лунная пыль?

Луна состоит из коры, мантии (астеносферы), свойства которой различны и образуют четыре слоя, кроме того, переходной зоны между мантией и ядром, а также самого ядра, которое имеет внешнюю жидкую и внутреннюю твердую части. Атмосфера и гидросфера практически отсутствуют.

Поверхность Луны покрыта реголитом — смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате столкновений метеоритов с лунной поверхностью. Ударно-взрывные процессы, сопровождающие метеоритную бомбардировку, способствуют взрыхлению и перемешиванию грунта, одновременно спекая и уплотняя частицы грунта. Толщина слоя реголита составляет от долей метра до десятков метров.

Состав почвы Луны

Состав лунного грунта существенно отличается в морских и материковых районах Луны. В лунных породах мало воды. Луна также обеднена железом и летучими компонентами.

В лунном реголите также очень много кислорода, входящего в состав оксидов, причем самым распространенным из последних является диоксид кремния— 42,8%. АМС «Луна-20» доставила грунт из материкового района, «Луна-16» из морского.

Поверхность Луны можно разделить на два типа:

  1. очень старая гористая местность (лунные материки),
  2. относительно гладкие и более молодые лунные моря.

Лунные «моря», которые составляют приблизительно 16% всей поверхности Луны, — это огромные кратеры, возникшие в результате столкновений с небесными телами, которые были позже затоплены жидкой лавой. Большая часть поверхности покрыта реголитом. Из-за влияния гравитационного момента при формировании Луны, ее «моря», под которыми лунными зондами обнаружены более плотные, тяжелые породы, сконцентрированы на обращенной к Земле стороне спутника.

Читать еще:  Энергия солнечного света - Астрономия и Космос

Лунная пыль опасна?

Все свидетельствует о том, что да.

В рамках нескольких миссий космический корабль «Аполлон» смог доставить на Землю пыль, собранную с поверхности спутника нашей планеты. Специалисты провели исследования и установили, что лунный порошок вступает в негативную реакцию с клетками человеческого организма.

Ученые подвергли ткани сначала грызунов, а потом и людей воздействую аналога лунной пыли. Клеткам это очень не понравилось — примерно 90% в результате погибли.

Само по себе это довольно большая проблема: если в открытом космосе от пыли предохраняет герметичный скафандр, то в будущем, когда выходы станут массовыми, мелкие частицы неизбежно проникнут в искусственно созданную среду.

С учетом того, что мелкая вездесущая пыль доставляла немало проблем космонавтам, обычные люди могут оказаться под угрозой. Инженеры обещают, что в ближайшие годы будут активно работать над тем, чтобы предохранить человечество от этой угрозы.

У астронавтов лунная пыль вызывала раздражение глаз, а у некоторых — гайморит. По словам Юджина Сернана, командира экипажа «Аполлона-17». Она словно поселяется в каждом уголке, в каждой щелочке космического корабля и в каждой поре вашей кожи.

Евгений Слюта, заведующий лабораторией геохимии Луны и планет Института геохимии и аналитической химии РАН

Слюта отметил, что крупные частицы пыли откашливаются, а мелкодисперсная (размером менее 20 микрон) — остается внутри легких. С этим, например, связаны профессиональные заболевания у шахтеров.

Колонизация Луны

Луна является самым близким и лучше всего изученным небесным телом и рассматривается как кандидат для места создания человеческой колонии.

НАСА разрабатывала космическую программу «Созвездие», в рамках которой должна разрабатываться новая космическая техника и создаваться необходимая инфраструктура для обеспечения полетов нового космического корабля к МКС, а также полетов на Луну, создания постоянной базы на Луне и в перспективе полетов на Марс.

Однако по решению президента США Барака Обамы от 1 февраля 2010 года финансирование программы в 2011 году было прекращено.

Российские ученые определили 14 наиболее вероятных точек прилунения. Каждое из мест посадки имеет размеры 30×60 км. Будущие лунные базы находятся на стадии эксперимента, в частности уже проведены первые успешные испытания самозалатывания космических аппаратов в случае попадания в них метеоритов.

В будущем Россия собирается применить на полюсах Луны криогенное (низкотемпературное) бурение для доставки на Землю грунта с вкраплениями летучих органических веществ. Данный метод позволит органическим соединениям, которые заморожены на реголите, не испаряться.

В 2024 году американские астронавты сделают свои первые шаги к Южному полюсу Луны: к территории экстремального света, крайней темноты и замерзшей воды, которая может послужить питательной средой для лунной базы НАСА «Артемида».

Ученые и инженеры помогают НАСА определить точное местоположение концепции базового лагеря «Артемиды». Среди множества факторов, которые космическое агентство должно учитывать при выборе конкретного места, есть две ключевые особенности.

Во-первых, площадка должна находиться под постоянным солнечным светом для питания базы и умеренными резкими перепадами температуры. Во-вторых, она должна обеспечивать легкий доступ к затемненным зонам, в которых может находиться ледяная вода.

Однако новейшие открытия могут затруднить эту работу: астронавтам может понадобится большая защита во время исследования Луны. Кроме этого, к встрече с лунной пылью должен быть готов и корабль.

Космический субботник: уборка пыли на Луне

Когда я был маленький, у моего отца была машина ВАЗ-2101. Это далеко не самая «крутая тачка», но она исправно выполняла свои функции и всегда отлично выглядела. Причиной тому было то, что отец за ней ухаживал. Посему я всегда считал, что дешевый или старенький автомобиль может выглядеть намного лучше дорогого только за счет опрятности. Пыль на любой поверхности вызывает не только эстетическое разочарование в стиле Прометея (ибо сколько ты ее не убираешь, этот процесс придется повторять снова и снова), но и негативно влияет на работоспособность некоторых предметов (кулеры в компьютерах, например), да и здоровье человека она не укрепляет. И если мы говорим про пыль на поверхностях в квартире, то средств для ее ликвидации полно. Но если это поверхность спутника Земли? Ученые из университета Колорадо в Боулдере (США) разработали методику уборки пыли с поверхности Луны. Кому мешает пыль на Луне, как от нее решили избавляться ученые и насколько эффективен их метод? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования

Реголит* — остаточный грунт, который является результатом космического выветривания породы на поверхности Луны (и не только).

Частицы реголита могут подниматься вверх как от деятельности человека, так и ввиду природных процессов. Они легко прилипают к любым поверхностям (луноходы, скафандры, оптические линзы и т.д.). Но это не самое плохое, ибо они могут повреждать предметы, на которые оседают. К примеру, скафандры страдают от абразивности лунной пыли; лазерные ретрорефлекторы на лунной поверхности со временем показывают снижение коэффициента отражения света; радиаторы и терморегулирующие поверхности (TCS от thermal control surfaces) демонстрируют ухудшение своих характеристик; солнечные панели, покрытые пылью, дают меньшую выходную мощность и т.д. А человек, вдохнувший лунную пыль, может столкнуться с крайне серьезными проблемами со здоровьем.

Читать еще:  Лунный календарь стрижек на 5 февраль 2021 года

В данном видео рассматривается влияние лунной пыли на скафандр участника миссии Apollo 17 Джина Сернана.

Все вышеописанные причины и привели к тому, что лунная пыль считается одной из основных технических проблем для будущих исследований поверхности Луны людьми и роботами.

За последние десятилетия было изучено и разработано несколько технологий пылеподавления. Эти методы можно разделить на четыре категории (ссылки ведут на некоторые из исследований в данных областях): гидравлические, механические, электродинамические и пассивные.

Гидравлические методы включают использование струй жидкости, пены и сжатых газов для удаления пыли с поверхностей. (Lunar Dust Degradation Effects and Removal/Prevention Concepts)

Механические методы используют щетки (например, нейлоновые щетинки) или вибрационные механизмы для очистки пыли. Такая методика использовалась во время программы Аполлон. (Evaluation of Brushing as a Lunar Dust Mitigation Strategy for Thermal Control Surfaces)

Электродинамический пылезащитный экран на данный момент считается одним из самых развитых методов борьбы с лунной пылью. Основная идея состоит в том, чтобы подавать колеблющееся высокое напряжение на электроды, встроенные под поверхность оборудования, для удаления пыли. Ожидается, что этот метод будет более эффективным именно в лунной среде, поскольку лунная пыль заряжается плазмой солнечного ветра, солнечным излучением и / или трибоэлектрическими эффектами. (Practical performance of an electrostatic cleaning system for removal oflunar dust from optical elements utilizing electrostatic traveling wave)

В пассивных методах поверхности модифицируются (например, посредством ионной имплантации) для уменьшения силы сцепления пыли с данной поверхностью. (Evaluation of Surface Modification as a Lunar Dust Mitigation Strategy for Thermal Control Surfaces)

Естественно, каждый из вышеописанных методов обладает своими достоинствами и недостатками. Выбор конкретной методики зависит от характеристик самой пыли, свойств поверхностей и условий применения этого метода.

Ученые считают, что достичь лучшего результата можно за счет гибридизации этих методов. В своем исследовании они представляют новый метод использования электронного луча для зарядки частиц пыли ( 3 кг/м 3 ; диаметр 2 ).

Для записи исходной чистоты поверхности и ее изменений в процессе пылеулавливания использовалась видеокамера (но не скоростная). Гамма-коррекция камеры была установлена равной 1, путем калибровки по яркости, полученной из изображений. На изображении №2 (справа) показаны снимки поверхности стекла до и после процесса высвобождения.

Чистота поверхности определяет степень запыленности поверхности испытательного образца (чем ниже чистота, тем выше степень запыленности). В данных опытах чистота (С) определялась в соответствии с формулой:

где Ls — средняя яркость пикселей всей поверхности образца; Lc — средняя яркость пикселей чистой поверхности (без пыли); Ld — средняя яркость пикселей на поверхности, полностью покрытой пылью.

Для достижения контролируемого и постоянного осаждения пыли на исследуемом образце, необходимо было выполнить следующую процедуру из трех этапов:

  • загрузить имитатор лунных частиц на сито (размер ячейки: 25 мкм);
  • постучать по ситу, чтобы частицы необходимого размера упали на образец и образовали равномерный слой;
  • записать изображения и проанализировать яркость поверхности образца, чтобы определить начальную чистоту поверхности, используя вышеуказанное уравнение;

Важно отметить, что частицы пыли не всегда образуют равномерный слой на поверхности образца. В некоторых участках из-за сцепления между частицами образуется несколько слоев пыли. Таким образом, чистота поверхности также зависит от толщины слоя пыли.

После того как экспериментальная установка была готова, было проведено несколько тестов по определению оптимальных параметров плотности тока и энергии электронного пучка. Эффективность очистки проверялась на различных материалах поверхности и с разной толщиной начального слоя пыли.

Результаты экспериментов

230 эВ, что дает относительно высокую вторичную электронную эмиссию для большинства материалов.


Изображение №3

На графике показан процесс очистки как функция времени. Максимальная чистота достигала

75% для всех плотностей тока пучка. Постоянная времени (определяемая как время повышения чистоты до уровня 1-1/e ≈ 63.2% между начальным и конечным значениями) процесса очистки уменьшается по мере увеличения плотности тока (3b). Постоянная времени имеет тенденцию к достижению плато

100 секунд при плотности тока от 1.5 до 3 мА/см 2 .

Скорость уменьшения постоянной времени для очистки от пыли приблизительно соответствует скорости увеличения плотности тока электронного пучка, поскольку время зарядки пылевых частиц обратно пропорционально плотности тока. Более высокая плотность тока приводит к сокращению времени зарядки и, следовательно, более быстрому пылеулавливанию. Когда процесс зарядки идет быстрее, чем движение пыли, скорость выброса ограничивается движением пыли и достигает плато.

Читать еще:  Расстояние от Земли до Солнца: история вычисления дистанции и новейшие измерения

Энергетическая зависимость пучка проверялась в диапазоне от 60 до 400 эВ. Было обнаружено, что пороговая энергия для включения процесса очистки составляет

80 эВ, что является минимальной энергией падающих электронов для генерации достаточного количества вторичных электронов для создания значительного эффекта зарядки микрополости.


Изображение №4

График выше демонстрирует процессы очистки с энергией пучка 80, 150 и 230 эВ. Как видно с графика, степень чистоты увеличивается при увеличении энергии пучка. Однако при 400 эВ пыль практически не удалялась. Связано это с тем, что выход вторичных электронов возрастает до максимального значения, но затем падает с увеличением энергии первичных электронов. Из этого следует, что таковой максимум в случае с имитатором лунной пыли достигается при 230 эВ.

В результате было установлено, что оптимальными показателями системы для лучшего удаления пыли является энергия 230 эВ и минимальная плотность тока от 1.5 до 3 мА/см 2 .


Изображение №5

Для подтверждения верности подобранных параметров (230 эВ и 1.5 мА/см 2 ) были проведены тесты с участием образца скафандра и образца из стеклянной пластины. Как видно из графика выше, изменение степени чистоты обоих материалов соответствует одной и той же тенденции.

Помимо параметров самого электронного пучка, также необходимо было проанализировать влияние толщины слоя пыли на работу системы. Во время тестов толщина слоя с точки зрения уровня чистоты составляла: 5%, 40% и 65%.


Изображение №6

Степень чистоты однозначно зависит от начальной толщины слоя пыли: чем тоньше слой, тем выше будет чистота (до

85%). Возможное объяснение состоит в том, что в более толстом слое частицы пыли ниже самого верхнего слоя более компактны из-за силы тяжести, что приводит к большим силам сцепления между частицами. Однако на поверхности Луны, по мнению ученых, этот эффект будет значительно слабее, чем в условиях лаборатории на Земле, ввиду сниженной гравитации. Также можно использовать гибридный метод удаления пыли, т.е. толстый слой удалить посредством щетки или вибраций, а оставшийся тонкий слой удалять уже с помощью электронно-лучевого метода.

Совокупность вышеописанных результатов четко говорит о том, что поверхности, покрытые средним или тонким слоем пыли, могут быль успешно очищены (до уровня чистоты 75-85%) посредством электронного луча за относительно короткий промежуток времени (меньше 1 минуты). Также стоит отметить, что накопление заряда на поверхностях, подверженных воздействию электронного луча, не привело к возникновению электростатического разряда ни в одном из проведенных тестов.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

Когда начнется процесс колонизации Луны, пока точно сказать никто не может. Но ученые во всю занимаются решением всевозможных проблем, с которыми могли бы столкнуться будущие колонисты.

В данном труде был рассмотрен вопрос лунной пыли, настойчиво прилипающей и повреждающей все, что попадется ей на глаза (фигурально выражаясь, конечно). Метод очистки достаточно прост и заключается в использовании электронного луча, заряжающего частицы пыли, что приводит к их отделению друг от друга и от поверхности.

По мнению авторов данной разработки, их вариант очистки намного лучше того, что на данный момент активно разрабатывается в NASA (а именно внедрение в скафандры сети из специальных электродов), как минимум по цене и простоте изготовления.

Возможно, когда-нибудь лунные поселенцы после долгого дня на лунных грядках будут заходить в помещения через специальный шлюз, в котором будет установлен электронно-лучевой «душ», очищающий их от пыли. Сами же ученые не намерены останавливаться на достигнутом, ибо степень чистоты, полученная в ходе опытов, составила всего лишь 85%. Для достижения более высоких показателей необходимо усовершенствовать систему так, чтобы она могла справляться с остаточным слоем пыли, состоящем из крайне малых частиц. Также ученые намерены рассмотреть возможность применения в их разработке коротковолнового ультрафиолетового излучения.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! 🙂

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector