NASA aya geri dönüyor ve tanıdık bir düşmanla yüzleşmek zorunda: Toz

CAPE CANAVERAL, Florida —

Ay inanılmaz derecede sıcak ve aynı zamanda inanılmaz derecede soğuk.

Radyasyon var. İnce bir atmosfer. Soluyacak hava yok.

NASA, Çarşamba günü Artemis I’in fırlatılmasıyla geliştirilen uzun vadeli bir proje olan bir ay üssü kurarsa, insan yerleşimine yönelik bu zorluklarla yüzleşmek zorunda kalacak.

Ayrıca tozu da çözmesi gerekecek.

Ay tozu, astronotlar ve aya inmesi veya çıkması gereken hemen hemen tüm insan yapımı nesneler için büyük bir sorun oluşturan pürüzlü ve keskin kenarlı tanecikler gibi budaklı küçük parçacıklardan oluşur.

NASA bilim adamları yıllardır, özellikle roket motorları tarafından fırlatıldığında ve bir mermiden daha yüksek hızlarda fışkırmaya başladığında, Ay’daki çakıl ve kayalarla birlikte bu tozun ne kadar hasara neden olabileceğini incelediler.

1997’den beri gezegenler arası tozun etkilerini araştıran Central Florida Üniversitesi’nde gezegen bilimcisi Philip Metzger, “Bu, donanımınızı küçük bir kaplama yapacak olan sadece kabarık toz değil,” dedi. ; yüksek hızlı kayalar, kum taneleri, yüksek hızlı çakıl.”

Ay tozu ve insan misyonları üzerindeki potansiyel etkisini inceleyen önde gelen kurumlardan biri, 2013 yılında şu anda ajanstan emekli olan ancak hala bazı projelerde işbirliği yapan Metzger tarafından ortaklaşa kurulan bir NASA araştırma laboratuvarı olan Swamp Works’tür.

Florida’nın Kennedy Uzay Merkezi’nde, bir zamanlar Apollo astronotlarını eğitmek için kullanılan kutu gibi bir binada bulunan laboratuvar, insanların diğer gezegen bedenlerinde yaşamasına ve çalışmasına izin verecek teknolojilere hızla öncülük etmeyi ve bunları test etmeyi amaçlıyor.

Artemis 1 görevi aya inmeyecek, ancak Orion mürettebat kapsülü, insanlar bir dahaki sefere gemiye binmeden önce uzay aracının yeteneklerini test etmek için 25 günlük bir yolculukta ayın etrafında seyahat edecek.

On yıldan uzun bir süre önce Metzger ve Swamp Works’ün kurucu ortağı Robert P. Mueller, NASA yöneticilerini roket egzozundan çıkan tozun gelecekteki Ay görevlerini nasıl engelleyebileceği ve daha fazla araştırma ve planlama yapılması gerektiği konusunda uyarmaya çalıştı. Fırçalandılar.

Bugün, Artemis programının tüm gücüyle başlaması ve ajansın 2025’te ay tozu araştırması patlak verir vermez aya ilk kadının ve ilk siyahi kişinin inişini hevesle duyurmasıyla.

Kennedy Uzay Merkezi’nde kıdemli teknoloji uzmanı olarak da görev yapan Mueller, “Yaptığımız her şey 10 yıl erken,” dedi. “Herkes bunu yapmaya başladığında, doğru şeyi yaptığınızı anlarsınız çünkü bu benimseniyor.”

Bir zamanlar NASA ve bazı üniversite laboratuvarları arasında satılan bir araştırma ürünü olan simüle edilmiş ay tozu artık ticari olarak üretiliyor. NASA geçtiğimiz günlerde Arizona’daki Flagstaff yakınlarında bir medya etkinliğine ev sahipliği yaptı ve astronotların ayın sert ve tozlu ortamıyla nasıl başa çıkacağını gösterdi.

Toz sorunu neredeyse NASA kadar eskidir. 1960’larda ve 1970’lerin başındaki Apollo programı sırasında astronotlar, ay tozu mühürleri bozduğu için üç gün sonra eldivenlerini tekrar giyemediklerinden şikayet ettiler.

Mueller, “Çok keskin, çok iyi,” dedi. “Sadece her şeyi öğütüyor.”

Sorunu gerçekten anlamak ve onunla mücadele etmenin yollarını bulmak için laboratuvar, bir taş ocağının yol kaplama üretim hattından arta kalan 120 ton ince, kül grisi tozu kamyonla taşıdı.

NASA tesadüfen malzemeye geldi. Arizona’daki bir taş ocağının yakınındaki bir araştırma gezisi sırasında, bir Swamp Works araştırmacısı un benzeri bir kıvama sahip bir toz yığınına adım attı ve beline kadar battı. Gezinin bir parçası olan Apollo 17 astronotu Harrison “Jack” Schmitt, toza bir baktı, aldı, tekmeledi ve havaya fırlattı.

Mueller, astronot uzaklaşmadan önce “Evet, ay tozuna benziyor,” dediğini hatırlıyor.

Swamp Works’te, simüle edilmiş ay tozu artık 26 fit uzunluğunda ve 26 fit genişliğinde plastik bir muhafaza içine yerleştirilmiştir; burada araştırmacılar, Ay’daki kiri ve kayaları kazmak için tasarlanmış robot kazıcıları test eder ve roket motorlarının kalkış sırasında ay tozunu ne kadar uzağa püskürteceğini ve iniş. Filtreleme sistemi, fazla tozun laboratuvarın geri kalanına ve araştırmacıların akciğerlerine dolaşmasını engeller.

Mueller, daha büyük muhafazanın hemen yanında bulunan daha küçük, şeffaf plastik bir çadırın içine bir kürek sapladı ve başka bir tür simüle ay tozu aldı, bu da Houston’dan bir NASA ekibi tarafından bulundu. Küreğin kenarından düşmesine izin verdi ve kek unu benzeri malzeme alçak, kara bir bulut gibi dışarı doğru yayıldı.

“Bunu solumak istemezsin, o yüzden bunu kapatacağım,” dedi plastik kapının fermuarını çekerken.

Simüle edilmiş toz parçacıkları – gerçeği gibi – o kadar incedir ki ciğerlerinize takılabilirler. Kendilerini korumak için, büyük çöp kutusuna giren araştırmacılar Mesleki Güvenlik ve Sağlık İdaresi kurallarına uyarlar ve baş örtüleri, eldivenler ve solunum maskeleri ile birlikte koruyucu giysiler giyerler. Laboratuvarın dışarıyı süpüren hizmetçisi bile solunum cihazı takıyor.

Yine de Mueller, büyük çöp kutusunda bir gün geçirdikten sonra ayak parmaklarının arasında toz buldu.

“Takım elbiselerde bile,” dedi, “her yere bulaşıyor.”

Mueller, 2019’da bir laboratuvar turuna liderlik ederken bu yorumları yaptı. Üç yıl sonra, ay tozunun yarattığı zorluklar devam ediyor ve hala büyük çöp kutusunda tam olarak kopyalanamıyor.

Roket ne kadar büyükse, duman o kadar tehlikelidir, yani iniş veya kalkış sırasında fırlayan ay tozu, çakıl ve kayalar, Apollo görevlerine göre çok daha yüksek hızlarda hareket edecektir.

Apollo aya iniş videoları tozun hakkını veremez. 1971 Apollo 15 görevi sırasında ay modülünün pilot tarafındaki penceresinden görülen görüntü, toz çizgileri uçuşurken basitçe sisi gösteriyor.

Ancak Metzger bilgisayar simülasyonları çalıştırmaya başladığında sorun çok açık hale geldi. Araştırmacıların şu anki en iyi tahmini, toz boyutundaki parçacıkların tek başına 2.236 mil ile 6.710 mil arasında bir hıza sahip olabileceği yönünde. Daha büyük parçacıklar daha yavaş hareket eder, ancak yine de hapşırılacak bir şey değildirler – çakıl büyüklüğündekiler 107 mil hızla gidebilir.

Metzger, 40 tonluk bir iniş aracının, daha ağır olması nedeniyle Apollo iniş aracından %50 daha hızlı toz saçabileceğini söyledi.

“Ay’ın alçak yörüngesinde bir uzay geminiz varsa ve o yanlış zamanda tam tersini yaptıysa… [the dust] optiklerde ve diğer hassas yüzeylerde önemli hasara neden olabilir – öyle ki, hassas bir alet sadece bir pozlama ile mahvolabilir” dedi.

Toz, bir Ay üssü için özel sorunlar teşkil eder. İdeal olarak, gelecekteki mürettebatlı görevler, astronotların uzay aracı ile yerleşim modülü arasındaki seyahat süresini en aza indirmek için bir ay karakolunun yakınına inecektir. Ancak bu, değerli donanımın etrafında tekrarlanan inişler anlamına gelir.

Metzger, “Bu sadece bir teşhir değil,” dedi. “Sonunda 20 ila 30 kumlama pozuna sahip olabiliriz.”

Hasarı en aza indirmenin bir yolu, bir iniş pisti inşa etmeyi gerektirir, böylece roketlerin çalışması için pürüzsüz ve toprağı stabilize edilmiş bir alan olur. Ama tüm inşaat malzemelerini aya nasıl ulaştıracağız?

Swamp Works araştırmasının devreye girdiği yer burasıdır.

Yıllar boyunca, ekip iniş pistleri inşa etmek için ay tozu ve çakılını – evet, tüm bu sorunlara neden olanlarla aynı – kullanmanın yollarını denedi.

En iyi performans gösteren malzeme, sinterlenmiş regolit olarak adlandırılan, her şeyi birbirine bağlayacak kadar eriyen, ancak kırılgan cam haline gelecek kadar çok olmayan toz haline getirilmiş bir kaya versiyonudur. Kesin erime sıcaklığı, mineralin türüne bağlı olarak değişir, yani araştırmacıların hesaplamalarının tutarlı olduğundan emin olmak için potansiyel iniş noktasından bir örneğe ihtiyacı olacaktır.

Bu arada, bu sinterlenmiş regolith’in bir şeyler inşa etmek için tam olarak nasıl kullanılabileceği üzerinde çalışıyorlar. Swamp Works turu sırasında Mueller ezilmiş inek turtasına benzeyen bir şey çıkardı. Bu, ekibin ince, toz halinde simüle edilmiş ay tozuyla bir şeyler yaratmak için bir 3 boyutlu yazıcı kullanmaya yönelik ilk girişimiydi; ancak o zamandan beri, araştırmacılar düzgün bir şekilde kıvrılmış bir sütuna – çatı, tekerlek ve hatta birbirine uyan taş benzeri döşeme taşları olarak hizmet edebilecek büyük bir kıvrımlı koni – ilerlediler.

Mueller kısa süre önce kalıcı iniş pistleri hakkında “Uzun vadede çözüm bu” dedi.

Gezegen bedenlerinde bulunan kaynakları insan yerleşimi için kullanma fikri yeni değil. Ayda veya Mars’ta roket yakıtı yapabilecek elementler için madencilik yapma fikrini teşvik eden şey budur, bu da ek yakıt taşımadan daha fazla keşif yapılmasını sağlar.

NASA’daki herkes, aydan yapılan bir iniş pistinin doğru yol olduğuna ikna olmadı.

Birincisi, yapmak pahalı ve zaman alıcı olacaktır. Ve eğer bir görev ayda birden fazla yere gidecekse, her yere bir iniş pisti inşa etmek pek mantıklı olmayabilir. Bu nedenle Bataklık İşleri, küçük bir gezici tarafından püskürtülecek ve güneşten gelen ultraviyole ışıkla iyileştirilerek bir tür geçici iniş bölgesine dönüştürülecek sıvı bir polimer gibi daha kısa vadeli fikirlere de bakıyor.

Mueller, “Bunu beton pisti olan bir havaalanına karşı çim iniş pisti olan bir havaalanı gibi düşünün” dedi. “Farklı bir hafifletme seviyesi ve kalıcı olmaz – belki bir veya iki iniş için sürer.”

SpaceX’in Starship iniş aracı, toz püskürmesini hafifletmeye çalışmak için iticilerini roketin tepesine hareket ettirerek, bu on yılın sonlarında bir iniş pisti olmadan aya inmeye çalışacak.

Daha da ötesi, ekibin araştırmasının ay programının ötesinde etkileri var. Mars’ta da toz var.