Fleksibilni električni štitovi protiv mjesečeve prašine

Mjesec nije samo pust i tih, nego i iznenađujuće neprijateljski prema tehnologiji. Njegova prašina, oštra poput stakla i sklona lijepljenju, uvlači se posvuda: na solarne panele, u spojeve instrumenata, pa čak i u ljudska pluća. Upravo zato rješavanje tog problema postaje jedno od ključnih pitanja budućih stalnih baza na Mjesecu. Tim inženjera sa Tehnološkog instituta Georgia sada predlaže nova, fleksibilna rješenja koja bi mogla aktivno odbijati tu upornu prašinu.

Riječ je o takozvanim elektrodinamičkim štitovima za prašinu, sustavima koji stvaraju električno polje iznad površine i tako doslovno “otpuhuju” nabijene i neutralne čestice. Ideja podsjeća na znanstvenofantastične zaštitne štitove svemirskih brodova, ali umjesto laserskih zraka, ovdje se odbijaju mikroskopske čestice regolita. Takvi su sustavi već pokazali da mogu štititi ravne površine poput solarnih panela. No infrastruktura na Mjesecu neće biti samo ravna. Kupole staništa, zaobljeni prozori i vozila zahtijevaju fleksibilne, zakrivljene zaštitne slojeve.

Dva materijala, dva pristupa

Francesco Pacelli i Alvaro Romero-Calvo sa Tehnološkog instituta Georgia, zajedno s kolegama, testirali su dvije varijante takvih zakrivljenih štitova. Prva se temelji na bakru, standardnom električnom vodiču poznatom iz svega, od pločica računala do elektromotora. Bakar je relativno jeftin, lako se proizvodi i može se savijati u različite oblike, što ga čini privlačnim za primjenu na zakrivljenim površinama. Međutim, ima očitu slabost: ponavljano savijanje uzrokuje pucanje elektroda, pa je prikladniji za statične instalacije nego za dijelove koji se često premještaju.

Drugo rješenje oslanja se na kemijski modificirani reducirani grafenov oksid, materijal razvijen u obliku nanokompozita. Ovaj je tip elektrode posebno osmišljen da podnosi i stalna i ciklička naprezanja. Na Mjesecu to nije sporedna stvar. Površina prolazi kroz ekstremne temperaturne promjene između dana i noći, što uzrokuje širenje i skupljanje materijala. Takvi toplinski ciklusi mogu dodatno opteretiti vodljive slojeve.

Testiranje u simuliranim uvjetima

Ispitivanja su provedena u komori s vrlo niskim tlakom, približno deset milijardi puta manjim od tlaka Zemljine atmosfere, iako je to još uvijek oko deset tisuća puta više nego na samom Mjesecu. Korištena je simulirana mjesečeva prašina nabavljena iz specijaliziranog laboratorija, a uzorci su izloženi ultraljubičastom zračenju kako bi se oponašala fotoionizacija, proces u kojem se prašina na Mjesecu električki nabija pod utjecajem Sunčeva zračenja.

Ipak, simulirana mjesečeva prašina ima svoja ograničenja. Umjetno proizvedene čestice najčešće nemaju jednako oštre, nazubljene rubove kao prava mjesečeva prašina, a njihovo električno ponašanje na Zemlji može se tek približno usporediti sa stvarnim uvjetima na Mjesecu. Upravo zato se ondje s prašinom u praksi bori teže nego u laboratoriju. Nije slučajno da je NASA nedavno poslala elektrodinamički štit u sklopu misije Blue Ghost tvrtke Firefly, kako bi se na površini Mjeseca izravno testirala zaštita radijatora i staklenih površina.

Rezultati pokusa u komori pokazali su jasne razlike između dvaju pristupa. Uzorci na bazi bakra, preciznije bakra na polimidnoj podlozi, uklonili su više od 90 posto već nataložene prašine, ali uz uvjet primjene dovoljno visokog napona, većeg od tri kilovolta. Elektrode od kemijski modificiranog reduciranog grafenova oksida bile su nešto manje učinkovite: uklonile su oko 60 posto prašine koja se već bila zalijepila za površinu. Autori misle da je razlog u sitnim električnim “probijanjima” između vodljivih dijelova, jer na elektrodama nema zaštitnog izolacijskog sloja koji bi to spriječio. No kad se prašina tek počinje taložiti, oba sustava rade gotovo besprijekorno, jer sprječavaju da se čestice uopće uhvate i s vremenom nakupe, što je presudno za dugotrajan rad opreme.

Za sada nijedno od ovih rješenja nije uvršteno u konkretne, skorašnje misije. No kako se u idućim godinama gomilaju planovi povratka ljudi na Mjesec, i u Sjedinjenim Državama i u Kini, pitanje sve više postaje praktično: kako zaštititi staništa, rovere i osjetljive površine od materijala koji je istodobno posvuda i uporno se lijepi. Fleksibilni, zakrivljeni elektrodinamički štitovi nude jedno od prvih ozbiljnih rješenja koje ne pokušava “očistiti štetu” tek nakon što nastane, nego spriječiti da se prašina uopće počne dugoročno gomilati.