Un rivestimento avanzato ora in fase di test a bordo della Stazione Spaziale Internazionale per l'uso su componenti satellitari potrebbe anche aiutare la NASA a risolvere una delle sue sfide più spinose:come mantenere la forma irregolare della Luna, grani di polvere affilati come rasoi che aderiscono praticamente a tutto ciò che toccano, comprese le tute spaziali degli astronauti.

Sebbene il rivestimento non fosse originariamente concepito per l'eliminazione della polvere lunare, "è avvincente per questa applicazione, "ha detto Bill Farrell, uno scienziato del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, che dirige un'organizzazione di ricerca sponsorizzata dalla NASA, Risposta dinamica degli ambienti agli asteroidi, la luna, e lune di Marte, o SOGNO2, che studia gli ambienti lunari e marziani. L'agenzia considera la polvere lunare una delle principali sfide da mitigare in quanto mira a stabilire un'esplorazione sostenibile della Luna entro il 2028 nell'ambito del suo programma Artemis.

Mitigare gli accumuli elettrici

I tecnologi Goddard Vivek Dwivedi e Mark Hasegawa hanno originariamente creato il rivestimento per un lavoro altrettanto importante:volevano creare un rivestimento che aiutasse a "eliminare" l'accumulo di cariche elettriche che possono distruggere l'elettronica dei veicoli spaziali. Questi accumuli potenzialmente finali della missione si verificano quando i veicoli spaziali volano attraverso il plasma trovato all'interno della magnetosfera terrestre. Il plasma contiene particelle cariche intrappolate che conducono elettricità, contribuendo alla costruzione.

L'idea di Hasegawa era di utilizzare una tecnologia avanzata chiamata deposizione di strati atomici per applicare pellicole supersottili di ossido di indio e stagno, un composto efficace per dissipare le cariche elettriche, sui pigmenti secchi della vernice. Una volta mescolato, la vernice potrebbe quindi essere rivestita su radiatori e altri componenti di veicoli spaziali per aiutare a mitigare l'accumulo di cariche elettriche.

Utilizzato ubiquitariamente dall'industria, la deposizione dello strato atomico comporta il posizionamento di un substrato o di un campione all'interno di una camera del reattore, che è come un forno, e pulsare diversi tipi di gas per creare un film ultrasottile i cui strati non sono letteralmente più spessi di un singolo atomo. La bellezza di questa tecnica è il fatto che può essere applicata praticamente su qualsiasi cosa, compresi gli oggetti tridimensionali.

Per testare l'efficacia della vernice trattata con pigmenti, Dwivedi e il suo team hanno quindi preparato una manciata di coupon o wafer rivestiti, che sono ora esposti al plasma da un pallet sperimentale a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Hasegawa e Dwivedi prevedono di ricevere i loro campioni entro la fine dell'anno per l'analisi.

Stesso plasma, Stesso problema

Come risulta, il plasma che può danneggiare l'elettronica mentre i veicoli spaziali volano attraverso la magnetosfera terrestre è anche la fonte del problema della polvere della Luna.

La polvere lunare è costituita da granelli ultra-minuscoli, formati da milioni di anni di impatti di meteoriti che hanno ripetutamente schiacciato e sciolto rocce, creando minuscole schegge di vetro e frammenti minerali. Non solo possono viaggiare a velocità simili a quelle di un uragano, ma si aggrappano anche a tutti i tipi di superficie, non solo per i loro bordi frastagliati, ma anche per la loro carica elettrostatica.

Sul lato diurno della Luna, duro, la radiazione ultravioletta non schermata del Sole espelle gli elettroni dalle particelle di polvere negli strati superiori della regolite lunare o del suolo, conferendo alla superficie di ogni particella di polvere una carica netta positiva. Sul lato oscuro così come nelle regioni polari, la situazione è un po' diversa. Il plasma che fuoriesce dal Sole carica anche la superficie lunare, ma, in questo caso, deposita elettroni e crea una carica netta negativa. Diventa più complesso al terminatore dove le due parti si incontrano e si sviluppano campi elettrici ancora più forti, il che potrebbe influenzare gli umani o la tecnologia che atterra sulla Luna.

Per gli astronauti, la situazione sarà peggiorata perché si fanno carico di loro stessi e, come hanno dimostrato le missioni Apollo, attireranno la polvere mentre vagano per la Luna. Poiché la NASA ha osservato il polo sud della Luna in cerca di possibili abitazioni umane, è particolarmente importante che la NASA sviluppi modi efficienti per dissipare queste cariche, ha detto Dwivedi.

Questo ha fatto pensare a Dwivedi. Perché non applicare il rivestimento ai rover lunari e persino agli habitat, o usare la deposizione di strati atomici per trattare le fibre nel materiale della tuta spaziale?

"Abbiamo condotto una serie di studi sulla polvere lunare. Una scoperta chiave è rendere la pelle esterna delle tute spaziali e di altri sistemi umani conduttivi o dissipativi, " Ha detto Farrell. "Noi, infatti, hanno severi requisiti di conduttività sui veicoli spaziali a causa del plasma. Le stesse idee si applicano alle tute spaziali. Un obiettivo futuro è che la tecnologia produca materiali conduttivi per la pelle, e questo è attualmente in fase di sviluppo."

Altre ricerche in corso

Lavorando in collaborazione con Farrell, Dwivedi e il suo team, tra cui il ricercatore dell'Università del Maryland Raymond Adomaitis, ora pianificano di migliorare ulteriormente le loro capacità di deposizione di strati atomici. Il team prevede di costruire un reattore più grande, o forno, per aumentare la resa del pigmento che attenua la carica, che avrebbero poi applicato ai coupon e al materiale della tuta spaziale per i test.

"Costruire un sistema di deposizione di strati atomici di grandi volumi per creare kit in grado di rivestire grandi aree, come superfici rover, per i test possono ulteriormente beneficiare le tecnologie per l'esplorazione lunare, " ha detto Farrell.