Lerázza magáról a holdport a Puli

"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.”

Gene Cernan, az Apolló 17 parancsnoka "holdporosan".

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.

Az elektromos "függöny" - az EDS sematikus rajza.

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.

Az EDS által keltett elektromos tér számítógépes szimulációja, két különböző időpillanatban.

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.

Az EDS felülete bekapcsolás előtt és után.

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

Népszerű
Uralkodj magadon!
Új kommentelési szabályok vannak 2016. január 21-től. Itt olvashatod el, hogy mik azok, és itt azt, hogy miért vezettük be őket.
;