スペースクリーンアップ：月のほこりをクリーンアップ

私が小さい頃、父はVAZ-2101車を持っていました。それは最もクールな車ではありませんが、それは適切にその仕事をし、常に素晴らしく見えました。この理由は、彼女の父親が彼女を礼拝していたからです。したがって、私はいつも、安い車や古い車は、その清楚さだけで、高価な車よりもはるかに見栄えがよいと信じてきました。表面のほこりは、プロメテウスのスタイルで美的失望を引き起こすだけでなく（それをどれだけ長く取り除いても、このプロセスを何度も繰り返す必要があるため）、一部のオブジェクト（コンピューターのクーラーなど）のパフォーマンスや人間の健康にも悪影響を及ぼします。強化されません。そして、私たちがアパートの表面のほこりについて話しているなら、それを取り除くためのたくさんの資金があります。しかし、これが地球衛星の表面である場合はどうでしょうか。コロラド大学ボルダー校（米国）の科学者たちは、月面からほこりを取り除く技術を開発しました。月のほこりによって誰が妨げられているのか、科学者はどのようにしてそれを取り除くことに決めたのか、そして彼らの方法はどれほど効果的ですか？これらの質問に対する答えは、科学者のレポートにあります。行く。

研究基盤

月面はアレルギー患者や清潔愛好家にとって悪夢です。冗談はさておき、私たちの衛星の表面はレゴリス*の層で覆われています。

レゴリス* -月面の岩の宇宙風化の結果である残留土壌（だけでなく）。

レゴリス粒子は、人間の活動と自然のプロセスの両方から上昇する可能性があります。それらはどんな表面（ムーンローバー、宇宙服、光学レンズなど）にも簡単にくっつきます。しかし、これは最悪ではありません。なぜなら、彼らは彼らが定住する物体に損害を与える可能性があるからです。たとえば、宇宙服は月のほこりの研磨性に悩まされています。月面のレーザー再帰反射器は、時間の経過とともに光反射率の低下を示します。ヒートシンクと熱制御面（TCSから熱制御面）は、それらの性能を表示する分解;ほこりで覆われたソーラーパネルは、出力が低くなります。そして、月のほこりを吸い込んだ人は、非常に深刻な健康問題に直面する可能性があります。





このビデオでは、月のほこりがApollo17のミッション参加者であるGeneCernanに与える影響を調べます。



上記のすべての理由により、月のほこりは、人間とロボットによる月の表面の将来の研究にとって主要な技術的問題の1つと見なされているという事実につながっています。



過去数十年にわたって、いくつかのダスト抑制技術が研究および開発されてきました。これらの方法は、油圧、機械、電気力学、パッシブの4つのカテゴリに分類できます（リンクはこれらの分野の研究の一部につながります）。



油圧方式には、液体、発泡体、圧縮ガスのジェットを使用して表面からほこりを取り除くことが含まれます。 （月の粉塵劣化の影響と除去/防止の概念）



機械的な方法では、ブラシ（ナイロン製の剛毛など）または振動機構を使用してほこりを取り除きます。この手法は、Apolloプログラム中に使用されました。 （サーマルコントロール・サーフィスのための月面ダスト軽減戦略としてのブラッシングの評価は）



電ダストシールドは、現在の月の塵に対処するための最も先進的な方法の一つと考えられています。基本的な考え方は、装置の表面の下に埋め込まれた電極に振動する高電圧を印加して、ほこりを取り除くことです。月の塵は太陽風プラズマ、太陽放射、および/または摩擦電気効果で帯電するため、この方法は月の環境でより効果的であることが期待されます。 （（静電進行波を利用して月の光学素子からほこりを除去するための実用的な静電洗浄システムの性能）



受動表面では、表面へのほこりの付着力を低減するために（例えばイオン注入によって）方法が変更されます。 （熱制御面の月面ダスト緩和戦略としての表面改質の評価）



当然、上記の方法にはそれぞれ長所と短所があります。特定の技術の選択は、ほこり自体の特性、表面の特性、および技術の使用条件に依存します。



科学者たちは、これらの方法をハイブリッド化することで最良の結果が得られると信じています。彼らの研究では、電子ビームを使用してダスト粒子（直径<25ミクロン）を帯電させ、静電力の結果として表面で跳ね返る新しい方法を提示しています。

実験の準備

画像＃1



まず、ほこりの多い表面には、ほこりの粒子間にマイクロキャビティが形成されるという独特の特徴があることに注意してください。図1aに見られるように電子または光子が小さな隙間を通過し、上層の表面の下にあるダスト粒子の青い表面に当たると、二次電子または光電子が放出されます。これらの放出された電子の一部は、マイクロキャビティ内で吸収され、周囲のダスト粒子（図の赤い領域）に負の電荷を課します。サイズが小さい（ミクロンのオーダー）ため、キャビティ全体に非常に大きな電界が生成され、周囲の粒子に大きな負の電荷が蓄積されます。結果として、これらの負に帯電した粒子間の反発力は、粒子間または粒子対表面の凝集力および重力を超えるのに十分な大きさです。その結果、ダスト粒子が放出されます。実用的な実験は示しています直径60µmまでの同じサイズのダスト粒子、または直径140 µmまでの凝集体は、120eVの電子ビームの影響下で表面から放出される可能性があります。



これらのデータに基づいて、科学者たちは一連の実験を実施して、表面からほこりを効果的に除去するための電子ビームの最適な特性を決定することを決定しました。



実験は、直径50 cm、高さ28 cmの真空チャンバー内で実施されました（1b）。 JSC-1A月粒子シミュレータ（P〜2.9×10 ³ kg /日M ³、直径<25μmの）基板に取り付けられた試験サンプル（2.5×5cmの）に適用しました。基板は、基板の表面が水平線に対して45°の角度になるように回転したシャフトに取り付けられました。



サンプルの表面全体は、サンプルの表面から約20cmの高さでチャンバーの上部に設置された負のバイアスを備えたホットフィラメント（フィラメント）によって放出された電子ビームによってほぼ均一に照らされました。真空条件下では、放出された電子は、フィラメントから放出されるビーム電流を制限する空間電荷効果を生み出します。より高いビーム電流を達成するために、電子ビームによってイオン化された低圧アルゴン（〜0.2 mTorr）を供給することによって、低密度プラズマが作成されました。



サンプル表面のビーム電流密度は、ラングミュアディスクプローブを使用して測定しました。そして、表面から放出されたほこりは、高速カメラ（2000フレーム/秒）によって記録されました。





画像No.2



画像＃2（左）は、電子ビーム（230eV;1.5μA/ cm ²）にさらされた結果、大量のダスト粒子がガラス表面で跳ね返ることを示しています。



ビデオカメラ（高速カメラではない）を使用して、表面の初期の清浄度と、集塵プロセス中のその変化を記録しました。画像から得られた明るさに対して校正することにより、カメラのガンマ補正を1に設定しました。画像＃2（右）は、リリースプロセス前後のガラス表面の画像を示しています。



表面の清浄度は、試験片の表面のほこりの程度を決定します（清浄度が低いほど、ほこりが多くなります）。これらの実験では、純度（C）は次の式に従って決定されました。

C =（L _s -L _d）/（L _c -L _d）

ここで、L _sは試料の表面全体の画素の平均輝度です。L _c-きれいな表面（ほこりなし）のピクセルの平均輝度。L _dは、ほこりで完全に覆われた表面上のピクセルの平均輝度です。



テストサンプルへのほこりの制御された恒久的な堆積を実現するには、次の3段階の手順を実行する必要がありました。

• 月の粒子シミュレーターをふるいにロードします（メッシュサイズ：25ミクロン）。
• 必要なサイズの粒子がサンプルに落下して均一な層を形成するように、ふるいをノックします。
• 画像を記録し、サンプル表面の明るさを分析して、上記の式を使用して初期表面の清浄度を決定します。

ダスト粒子がサンプル表面に常に均一な層を形成するとは限らないことに注意することが重要です。一部の地域では、粒子間の付着により、数層のほこりが形成されます。したがって、表面仕上げはダスト層の厚さにも依存します。



実験のセットアップの準備ができた後、電子ビームの電流密度とエネルギーの最適なパラメータを決定するために、いくつかのテストが実行されました。洗浄効率は、さまざまな表面材料とさまざまな初期ダスト層の厚さでテストされました。

実験結果

最初のステップは、平均層厚（C = 37.5％）のJSC-1Aダストで覆われた宇宙服サンプルの電流密度とビームエネルギーをチェックすることでした。得られたビーム電流密度は、0.3から6.1ミリアンペア/ cmの変化²。ビームエネルギーは約230eVに設定されており、ほとんどの材料で比較的高い二次電子放出が得られます。





画像＃3



グラフ3aは、時間の関数としての洗浄プロセスを示しています。最大純度は、すべてのビーム電流密度で約75％に達しました。精製プロセスの時間定数（純度が初期値と最終値の間で1-1 /e≈63.2％に上昇するのにかかる時間として定義）は、電流密度が増加するにつれて減少します（3b）。時間定数は、1.5〜3 mA / cm ^2の電流密度で約100秒のプラトーに達する傾向があります。



ダスト粒子の帯電時間は電流密度に反比例するため、ダストからの洗浄時間定数の減少率は、電子ビームの電流密度の増加率にほぼ対応します。電流密度が高いほど、充電時間が短くなり、ダストの収集が速くなります。充填プロセスがダストの移動よりも速い場合、排出速度はダストの移動によって制限され、プラトーに達します。



ビームのエネルギー依存性は、60〜400eVの範囲でチェックされました。洗浄プロセスを開始するための閾値エネルギーは約80eVであることがわかりました。これは、大きなマイクロキャビティ充電効果を生み出すのに十分な二次電子を生成するための入射電子の最小エネルギーです。





画像＃4上の



グラフは、ビームエネルギーが80、150、230eVの洗浄プロセスを示しています。グラフからわかるように、ビームエネルギーの増加とともに純度が増加します。ただし、400 eVでは、ほこりはほとんど除去されませんでした。これは、二次電子の収量が最大値まで増加するが、一次電子のエネルギーの増加とともに減少するという事実によるものです。このことから、月のダストシミュレーターの場合、230eVでそのような最大値に達することになります。



その結果、より良好な塵埃除去のためのシステムの最適な性能は、230電子ボルトのエネルギー及び1.5~3ミリアンペア/センチメートルの最小電流密度であることが判明した²。





画像No.5



選択したパラメータ（230eVおよび1.5mA / cm ²）の正しさを確認するために、宇宙服のサンプルとガラス板のサンプルを使用してテストを実施しました。上のグラフからわかるように、両方の材料の純度の変化は同じ傾向に従います。



電子ビーム自体のパラメータに加えて、システムの動作に対するダスト層の厚さの影響を分析することも必要でした。試験中、純度レベルでの層の厚さは、5％、40％、および65％でした。





画像No.6



純度の程度は、ダスト層の初期の厚さに明確に依存します。層が薄いほど、純度は高くなります（最大85％）。考えられる理由は、より厚い層では、最上層の下のダスト粒子が重力のためによりコンパクトになり、粒子間の凝集力が大きくなることです。しかし、月面では、重力が低下するため、この効果は地球上の実験室の条件よりもはるかに弱いと科学者は述べています。ハイブリッドダスト除去方法を使用することもできます。ブラシまたは振動で厚い層を取り除き、電子ビーム法を使用して残りの薄い層を取り除きます。



まとめると、上記の結果は、中程度から薄いほこりの層で覆われた表面が、比較的短時間（1分未満）で電子ビームによって正常に洗浄できることを明確に示しています（純度レベル75〜85％）。また、電子ビームにさらされた表面に電荷が蓄積しても、実行されたどのテストでも静電放電が発生しなかったことも注目に値します。



研究のニュアンスについてのより詳細な知識については、科学者の報告を調べることをお勧めします。

エピローグ

月の植民地化のプロセスがいつ始まるかは誰にもはっきりとは言えません。しかし、科学者たちは将来の入植者が直面する可能性のあるあらゆる種類の問題を解決するために最善を尽くしています。



この作品では、月のほこりの問題が考慮され、彼女の目を引くものすべてに永続的に付着して損傷を与えました（もちろん比喩的に言えば）。洗浄方法は非常に簡単で、ダスト粒子を帯電させる電子ビームを使用することで構成されています。これにより、ダスト粒子が互いに分離したり、表面から分離したりします。



この開発の著者によると、彼らの洗浄オプションは、少なくとも価格と製造の容易さの点で、NASAで現在活発に開発されているもの（つまり、宇宙服への特別な電極のネットワークの導入）よりもはるかに優れています。



おそらくいつの日か、月の入植者は、月のベッドで長い一日を過ごした後、特別なエアロックを介して敷地に入るでしょう。そこには、電子ビームの「シャワー」が設置され、ほこりを取り除きます。実験の過程で得られた純度は85％に過ぎなかったので、科学者自身はそこで止まるつもりはありません。より高い性能を実現するためには、非常に小さな粒子からなる残留ダスト層に対処できるようにシステムを改善する必要があります。また、科学者たちは、開発に短波紫外線を使用する可能性を検討する予定です。





ご清聴ありがとうございました。好奇心を持ち、素晴らしい週末をお過ごしください。:)

ちょっとした宣伝

ご滞在ありがとうございます。あなたは私たちの記事が好きですか？もっと面白いコンテンツを見たいですか？注文や友人に推薦することにより、私たちをサポートして、クラウドVPS $ 4.99からご開発者のための、私たちはあなたのために発明したことをエントリーレベルのサーバのユニークなアナログ： （KVM）E5-2697 v3の（6つのコア）10ギガバイトDDR4 480ギガバイトSSD 1GbpsのVPSについて全体の真実19ドルからまたはサーバーを正しく分割する方法は？（RAID1およびRAID10、最大24コアおよび最大40GB DDR4で利用可能なオプション）。



アムステルダムのEquinixTier IVデータセンターでは、Dell R730xdの方が2倍安いですか？唯一の我々は2×インテルテトラデカコアのXeon E5-2697v3 2倍の2.6GHzの14C 64ギガバイトDDR4 4x960GB SSD 1Gbpsの$ 199 100テレビオランダ！Dell R420-2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB-99ドルから！ビルのインフラストラクチャを構築する方法についてお読みください。1ペニーで9000ユーロの費用でDellR730xd E5-2650 v4サーバーを使用するクラス？