چسبندگی، شارژ و هرج‌ومرج در سطح ماه
اکثریت افرادی که به کاوش فضایی علاقه‌مندند، می‌دانند که گرد و غبار ماه یک کابوس واقعی برای مقابله است. پیش‌تر دربارهٔ روش‌های متعددی برای مقابله با آن گزارش کرده‌ایم؛ از چاپ سه‌بعدی باندهای فرود برای جلوگیری از پاشش ماسه هنگام فرود موشک، تا استفاده از نیتروژن مایع برای جدا کردن گرد و غبار از لباس‌ها. اما حقیقت این است که برای هر حضور بلندمدت بر روی ماه، مدیریت این گرد و غبار یکی از مهم‌ترین وظایف به حساب می‌آید. مقالهٔ جدیدی از دکتر اسلاوا توریشِف، پژوهشگر لابراتوار پیشرانه‌جت ناسا (JPL)، که به‌حدی چند‌علمی است که مقالهٔ پیشین ما دربارهٔ تحقیقات او به یک تلسکوپ در عدسی گرانش خورشید اختصاص داشت، درک ما از ویژگی‌های فیزیکی گرد و غبار ماه را به‌روز می‌کند و اطلاعات دقیق‌تری فراهم می‌آورد که مهندسان می‌توانند برای طراحی نسل بعدی روبات‌ها و زیرساخت‌های مورد نیاز برای گسترش انسان به همسایه نزدیک‌مان بهره‌برداری کنند.
پس چرا گرد و غبار بر روی ماه این‌قدر مشکل‌ساز است؟ ماه چرخهٔ آب ندارد؛ در نتیجه‌ی این، گرد و غبار بر روی زمین به‌تدریج به شکل‌های نسبتاً ملایمی مانند بیضی یا کره تبدیل می‌شود. اما بررسی دقیق ذرات گرد و غبار در ماه نشان می‌دهد که آن‌ها لبه‌دار و تیز هستند؛ بنابراین به سطوح می‌چسبند و در حین تماس، به آن‌ها خسارت می‌زنند.
دکتر توریشِف افزون بر این نکته را بیان می‌کند که نیروهای وان‌در‑والس (یعنی نیروهای چسبندگی که گرد و غبار را به‌هم می‌پیوندند) تا صد میلیون برابر قوی‌تر از گرانش ماه هستند. وقتی گرد و غبار به هر سطحی بچسبد – چه به پوشش بیرونی لباس فضایی و چه به قطعات داخلی روبات – جداسازی آن به‌طرز فوق‌العاده‌ای دشوار است و به‌دلیل تیزی سطوح، به هر شیئی که لمس می‌کند، آسیب شدید وارد می‌کند.
فریزر دربارهٔ مبارزه با گرد و غبار ماه با یک «سپر الکتریکی» بحث می‌کند
مقاله به مشکلات دیگری که گرد و غبار ایجاد می‌کند نیز اشاره می‌کند. این ماده هادی الکتریکی است؛ به این معنا که اگر بر روی آنتن چسبیده – مثلاً آنتنی که برای ارتباط با روبات در مأموریت استفاده می‌شود – می‌تواند سیگنال را تضعیف (یا «ضعیف‌سازی») کرده و محدودهٔ عملکرد سامانهٔ ارتباطی را محدود کند. علاوه بر این، نحوهٔ تأثیر آن بسته به منبع گرد و غبار متفاوت است. در ماریاهای ماه، این ذرات به‌عنوان بار دی‌الکتریک رفتار می‌کنند، در حالی که در مناطق مرتفع، به‌صورت خنثی‌ساز خازنی عمل می‌نمایند و حفظ فرکانس خاصی را دشوارتر می‌سازند.
ناحیه‌های دائماً در سایه (PSRها) چالش‌های خاص خود را در ارتباط با گرد و غبار دارند. از آنجا که این مناطق به دلیل وجود یخ آب از جالب‌ترین مناطق برای اکتشافات ماهی محسوب می‌شوند، درک چگونگی حرکت مؤثر در آن‌ها برای هر مأموریت بلندمدت ماهی حیاتی است. در PSRها، هدایت الکتریکی گرد و غبار به‌طرز چشمگیری کم است؛ این امر باعث انباشت الکتروستاتیک در هر سیستمی می‌شود که از آن عبور می‌کند یا توسط آن پوشیده می‌شود. چنین انباشت می‌تواند منجر به تخلیه الکتروستاتیک شود که در صورت عدم وجود مقاومت مناسب، الکترونیک‌های حساس را نابود می‌کند.
داده‌های جدیدی از حسگر ChaSTE بر روی فرودگیر چاندریان-۳ نشان می‌دهد که هدایت حرارتی گرد و غبار به‌قدری بالاست که می‌تواند با عایق‌سازی دستگاه‌های خنک‌کننده‌ای چون رادیاتور، باعث بیش‌گرما شدن سیستم‌ها شود. با این حال، این مأموریت هندی دریافت که تنها چند سانتی‌متر زیر سطح، رگولیت فشرده‌تر است و حرارت را بهتر از ذرات ریز سطحی انتقال می‌دهد.
پاشیدن نیتروژن مایع می‌تواند گرد و غبار ماه را از سطوح پاک کند، همان‌طور که فریزر بیان می‌کند.
داده‌های جدید دیگری از آزمایش NILS بر روی فرودگیر چانگ‌ای-۶ به‌دست آمد. این آزمایش نشان داد که تابش خورشیدی لایه‌ای از یون‌های هیدروژن باردار را در نزدیکی سطح در سمت روشن ماه ایجاد می‌کند. این لایه می‌تواند به‌صورت مستقیم بر انتقال گرد و غبار تأثیر بگذارد، زیرا «پوسته پلاسما» را که مهندسان برای محاسبهٔ انتقال گرد و غبار در نظر می‌گیرند، تغییر می‌دهد. در واقع، «پرش الکتروستاتیک» که در آن گرد و غبار می‌تواند چند فوت به‌صورت واقعی به هوا «پرواز» کند، یکی از سه حالت انتقال گرد و غبار مورد بحث در مقاله است. این پدیده معمولاً در نزدیکی خط ترمیناتور، میان روز و شب، رخ می‌دهد؛ جایی که بارهای الکتریکی به حدی بزرگ می‌شوند که گرانش ماه را نادیده گرفته و گرد و غبار را به فضا می‌پراکند.
یکی دیگر از مکانیزم‌های انتقال، پرتاب میکرومتئورید است که قبلاً به‌طور نسبی به‌خوبی مطالعه شده است؛ اما شایان ذکر است که گرد و غبار ناشی از این برخوردها در واقع یک «ابری» دائمی از گرد و غبار در بالای سطح ماه تشکیل می‌دهد. مکانیزم آخر خود‌تحریک است که مقاله نیز بینش‌های جدیدی در مورد آن ارائه می‌دهد.
هنگامی‌که موشک‌ها به‌زمین می‌آیند، گرد و غبار را در یک ستون عظیم اطراف خود به‌پرت می‌کنند؛ به‌نوعی تمام چیزها را در محدوده‌ای چند کیلومتری به‌صورت سیل‌های شنی می‌پوشانند. داده‌های دوربین‌های استریو برای مطالعات ستون‑سطح ماه (SCALPSS) در مأموریت ناموفق Intuitive Machine Odysseus نشان می‌دهد که «نرخ فرسایش» (یعنی سرعت دفع گرد و غبار) ناشی از ستون‌های موشکی، بین ۴ تا ۱۰ برابر بیشتر از آنچه ابتدا برآورد می‌شد، است. در نظر گرفتن این مطلب به این معناست که موشک‌ها باید یا دورتر از یک پایگاه بلندمدت فرود آیند، یا خود پایگاه طوری طراحی شود که تحمل انفجارهای قوی‌تر گرد و غبار را داشته باشد.
فریزر دربارهٔ بزرگی مشکل گرد و غبار ماه با دکتر کریستین هارتزل بحث می‌کند.
در این مقطع، این اطلاعات همه برای مهندسانی که در حال برنامه‌ریزی برای مرحلهٔ بعدی اکتشافات ماهی هستند، مفید است. شاید همهٔ این اخبار خوشایند نباشند، اما علم خوب همواره خوش‌خبر نیست و بهتر است برای چنین مأموریت مهمی که گسترش بشریت به دنیای دیگر است، با درکی شفاف پیش رفت نه با آرزوهای پوچ که اوضاع آسان‌تر شود. گرد و غبار ماه مسأله‌ای است که باید با آن کنار بیاییم – پس تنها راه قبول آن است.
بیشتر بخوانید:
اس. توریشِف – گرد و غبار ماه: تشکیل، میکروفیزیک و انتقال
UT – ناسا در حال توسعه راه‌حل‌ها برای بزرگ‌ترین مشکل نظافت ماه: گرد و غبار!
UT – فضانوردان می‌توانند با پاشش نیتروژن، گرد و غبار ماه را پاک کنند
UT – سرانجام! راه‌حلی برای مقابله با گرد و غبار چسبناک ماه