"A holdpor az első számú akadály a Holdra való visszatérés útjában" – ezt John Young, az Apollo 16 parancsnoka nyilatkozta jóval a Holdra tett kiruccanását követően, és Gene Cernan, az Apolló 17 parancsnoka sem vélekedett másképp: „Azt hiszem, minden más fiziológiai vagy fizikai, esetleg mechanikai problémát le tudunk győzni – a por kivételével”. Cernan társa, Harrison "Jack" Schmitt sem volt elragadtatva a finom holdportól: “A por az első számú környezeti probléma a Holdon.”
De mit tehet a Puli, hogy ne legyen túl poros a Holdon? Prágai Benedek Pulink egyáltalán nem poros-unalmas beszámolója következik.
Köszönjük, Benedek!
2016 márciusában
hallottam először a Puliról egyik szaktársamtól, aki éppen
akkor csatlakozott a csapathoz. Nem kellett sok, hogy engem is
meggyőzzön, így a munkát már együtt kezdtük el a Puli csapat
Science csoportjában, ahol - mint akkori elsőéves fizikushallgatók
- a legtöbbet tudtunk hozzátenni a projekthez. Feladatunk a holdpor
vizsgálata, illetve annak ártalmas hatásainak kiküszöbölése
lett, ami nagyon érdekesen hangzott, és még annál is izgalmasabb
feladatnak adódott.
De miért is veszélyes a holdpor?
Bár a Holdnak nincs légköre, mégis észlelhető a holdpornak egyfajta mozgása. A holdpor elektromos töltésének köszönhetően - melynek oka a napszél illetve a napsugárzás - kisebb-nagyobb porfelhők lebegnek a felszín felett, attól pár centire vagy akár több kilométeres magasságban. Ezek a lebegő porszemek könnyen rátapadnak a szabad felületekre, így egy holdi küldetés során szükséges ezen felületek, a Puli esetében elsődlegesen az energiát biztosító napelemek védelméről gondoskodni. Ugyanakkor nem szabad megfeledkeznünk a rover kerekei által felvert porról sem, amit így a kerekek tervezésénél is figyelembe kell vennünk.
A napelemre került por pedig nem csak a napelem által leadott teljesítményt rontja, de akár komoly hőtani problémákat is okozhat. A por hatására még inkább felmelegszik a napelem és rover váza, így rosszabb esetben akár károsodhatnak is a rover belsejében található elektronikai alkatrészek.
Az Elektrodinamikus Porpajzs
A Puli Science csoportja ezért dolgozik egy ún. Electrodynamic Dust Shield (EDS, Elektrodinamikus Porpajzs) elnevezésű védőmechanizmuson, melyet a NASA Kennedy Space Center munkatársai fejlesztettek ki (angolul tudó olvasóink itt olvashatnak egy rövid összefoglalót). Korábban rengeteg kísérletet végeztek ezzel kapcsolatban, így nekünk elsődleges célunk a Pulira optimalizálni a NASA eredményeit.
Az EDS párhuzamos elektródákból áll a napelem felszínén, melyekre megfelelő váltakozó feszültséget kapcsolva mind az elektrosztatikusan töltött, mind a semleges részecskéket el lehet távolítani a felületről. A holdpor, mivel több mint 80%-ban szigetelő anyagokból áll (szilícium-dioxid, alumínium-oxid, kalcium-oxid, magnézium-oxid, stb.), könnyedén feltöltődik vagy éppen polarizálódik.
A töltött porszemekre a folyamatosan változó elektromos tér hat olyan erővel, hogy a porszemek követik a tér változását (mint ahogy egy szörfdeszkás halad a vízhullámmal) és így leseperjük őket a napelemről. A semleges porszemekben pedig a tér képes a töltéseket úgy megosztani, hogy a porszem két oldalán ellentétes töltésű lesz (polarizálódik), így a semleges porszemre is hat erő, ami elmozdítja vízszintes irányban a felületen. Ezzel az elektromos erőhatással a porszemekre ható egyéb erők, úgymint a gravitáció (és az ebből fakadó súrlódás), valamint a holdpor és a rover közötti elektrosztatikus vonzás legyőzhető a kellő nagyságú feszültséget alkalmazva.
Végeselem szimulációk
Az optimalizációt számítógépes (végeselem) szimulációkkal kezdtük. A geometriai modell elkészítése és a megfelelő határfeltételek beállítása után, a szimulációk eredményéből tudtunk következtetni az EDS holdi működéséhez szükséges optimális feszültség és frekvencia értékekre.
A koncentrikus köröket
alkotó elektródákat átlátszó indium-ón-oxid réteg alkotja,
amit az LCD kijelzők és érintőképernyők gyártására is
használnak, így a napelem teljesítménye csak elhanyagolható
veszteséget szenved, miközben a tisztítás mértéke közel
100%-os lesz.
Az elektródákra kapcsolt feszültség egy- vagy háromfázisú és pár száz Volt amplitúdójú. Az elkövetkező tesztek során optimalizáljuk a tisztítás mértékét és az EDS által felvett teljesítményt. A feszültségjel frekvenciája a tervek szerint egy szélesebb tartományt fog lefedni, hogy a porszemek méretétől függetlenül eltávolítsuk őket. A teszteléshez speciális holdpor-utánzatot használunk majd, melyet az Apollo küldetések által visszahozott holdpor minták alapján gyártottak kifejezetten ilyen célokra.
Portörlés szakmányban
Azt, hogy milyen időközönként kell tisztítani a napelemet a küldetés során, a rover által folyamatosan visszaküldött hőmérséklet adatok, illetve a napelem aktuális teljesítménye alapján határozzuk meg. Az EDS időszakos üzemeltetésével rengeteg energiát spórolhatunk meg a rovernek.
A szimulációk és tesztek a holdporral és az EDS-sel kapcsolatban egészen a rover tervezésének utolsó pillanatáig fognak tartani, hogy minél jobban reprodukáljuk és kezeljük a holdi körülményeket, mert mi szeretnénk a legtöbbet kihozni ebből az érdekes és izgalmas kihívásból küldetésünk sikere érdekében.
Prágai Benedek, Team Puli
Képek: NASA, Puli Space
Nem volt elég poros a történet? További infó szigorúan kockáknak:
- C. I. Calle, C. R. Buhler, J. L. McFall,
S. J. Snyder: „Particle removal by electrostatic and
dielectrophoretic forces for dust control during lunar exploration
missions”, Journal of Electrostatics,
2009
- C.I. Calle et al.: „Dust
Particle Removal by Electrostatic and Dielectrophoretic Forces with
Applications to NASA Exploration Missions”, Proc.
ESA Annual Meeting on Electrostatics, 2008
- David S. McKay et al.: „JSC-1: a new lunar soil simulant”, Engineering, Construction, and Operations in Space IV American Society of Civil Engineers, 1994
Kövesd a Pulit honlapunkon és csatlakozz online közösségeinkhez a Google+on és Facebook-on!
Szeretnél hozzájárulni ahhoz, hogy Magyarország is eljusson a Holdra?
Told meg Te is!
Egynek minden nehéz; soknak semmi sem lehetetlen.
Gróf Széchenyi István