In den kommenden Jahren kehrt die NASA zum ersten Mal seit der Apollo-Ära wieder zum Mond zurück. Project Artemis ist kein „Footprints and Flags“ -Operation, sondern soll der erste Schritt zur Schaffung einer nachhaltigen menschlichen Präsenz auf dem Mond sein. Dies stellt natürlich eine Reihe von Herausforderungen dar, von denen nicht zuletzt der Mondregolith (auch bekannt als Mondstaub) zu tun hat. Aus diesem Grund untersucht die NASA Strategien zur Minderung dieser Bedrohung.
Wie Robert A. Heinlein bezeugen kann, ist der Mond eine harte Geliebte! Die Oberflächentemperaturen variieren extrem und reichen von Höchstwerten von 117 ° C bis zu Tiefstwerten von -173 ° C (-279 ° F). Es gibt auch keine Atmosphäre und kein nennenswertes Schutzmagnetfeld, was bedeutet, dass Astronauten auf dem Mond einer starken Strahlung ausgesetzt sind - zwischen 110 und 380 mSv pro Jahr, verglichen mit durchschnittlich 2,4 mSv auf der Erde.
Mondstaub ist jedoch besonders problematisch, da er unregelmäßig geformt und gestochen scharf ist. Dieser Staub wurde durch Millionen von Jahren von Meteoriteneinschlägen gebildet, die Silikatmaterial schmolzen und winzige Glasscherben und Mineralfragmente erzeugten. Um die Sache noch schlimmer zu machen, haftet es an fast allem, was es berührt, einschließlich Raumanzügen (wie die Apollo-Astronauten sicherlich bemerkt haben).
Dies liegt nicht nur daran, dass die Staubpartikel gezackte Kanten haben, sondern auch an ihrer elektrostatischen Aufladung. Am Tag des Mondes führt die ultraviolette Strahlung der Sonne dazu, dass Elektronen durch die oberen Staubschichten verloren gehen, was zu einer positiven Nettoladung führt. Um die Pole und die dunkle Seite herum bewirkt Sonnenplasma, dass der Regolith Elektronen aufnimmt und ihm eine negative Nettoladung verleiht.
Infolgedessen stellt dieser Staub nicht nur eine erhebliche Bedrohung für Maschinen mit beweglichen Teilen (wie Heizkörpern) dar, sondern kann auch die Elektronik durch den Aufbau elektrostatischer Ladungen stören. Um dies zu beheben, haben NASA-Forscher eine fortschrittliche Beschichtung entwickelt, die von der ISS über Raumfahrzeuge bis hin zu Satelliten und Raumanzügen verwendet werden kann.
Die Beschichtung wurde von den Goddard-Technologen Vivek Dwivedi und Mark Hasegawa im Rahmen des DREAM2-Programms (Dynamic Response of the Environments) der NASA für Asteroiden, Mond und Mondmonde (DREAM2) entwickelt. Die Beschichtung besteht aus atomaren Schichten aus Titanoxid, die auf trockene Farbpigmente unter Verwendung eines Verfahrens aufgebracht werden, das als fortschrittliche Technologie bekannt ist und als Atomlagenabscheidung bezeichnet wird.
Bei diesem Verfahren, das regelmäßig für industrielle Zwecke angewendet wird, wird ein Substrat (in diesem Fall Titanoxid) in eine Reaktorkammer eingebracht und verschiedene Arten von Gasen gepulst, um Schichten zu erzeugen, die nicht dicker als ein einzelnes Atom sind. Ursprünglich sollte diese Beschichtung die Elektronik von Raumfahrzeugen abschirmen, wenn diese durch leitfähige Plasmawolken in der Erdmagnetosphäre fliegen - auch das Ergebnis von Sonnenwind.
Um die Beschichtung zu testen, haben Dwivedi und sein Team eine Experimentierpalette vorbereitet, die mit beschichteten Wafern bedeckt ist, die derzeit an Bord der Internationalen Raumstation Plasma ausgesetzt sind. In Kombination mit dem, was wir über Mondstaub wissen, könnte diese Beschichtung den Unterschied zwischen zukünftigem Erfolg und Misserfolg bedeuten, nicht nur bei Artemis, sondern auch bei seinen langfristigen Plänen. Wie Farrell sagte:
„Wir haben eine Reihe von Studien durchgeführt, in denen Mondstaub untersucht wurde. Eine wichtige Erkenntnis besteht darin, die Außenhaut der Raumanzüge und anderer menschlicher Systeme leitfähig oder dissipativ zu machen. Tatsächlich haben wir aufgrund von Plasma strenge Leitfähigkeitsanforderungen an Raumfahrzeuge. Die gleichen Ideen gelten für Raumanzüge. Ein zukünftiges Ziel ist die Herstellung leitfähiger Hautmaterialien durch die Technologie, die derzeit entwickelt wird. “
Mit Blick auf die Zukunft planen Farrell, Dwivedi und ihre Kollegen, ihre Fähigkeiten zur Abscheidung atomarer Schichten weiter zu verbessern. Dies erfordert einen größeren Reaktor, um die Ausbeute des ladungsmindernden Pigments zu erhöhen, das sie konstruieren wollen. Sobald dies abgeschlossen ist, wird im nächsten Schritt das Pigment auf Raumanzügen getestet.
"Der Bau eines großvolumigen Atomschicht-Abscheidungssystems zur Erstellung von Kits, mit denen große Oberflächen wie Rover-Oberflächen zum Testen beschichtet werden können, kann Technologien für die Monderkundung weiter zugute kommen", sagte Farrell. Dies gilt sicherlich angesichts des Wunsches der NASA, mit internationalen Partnern zusammenzuarbeiten, um einen dauerhaften Außenposten in der südlichen Polarregion des Mondes zu errichten.
