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2024-03-05 16:39:53

在地球上再现月球表面环境

导读 全球范围内正在不断进行有关利用月球作为深空探索先进基地的研究,韩国也不例外。韩国土木工程和建筑技术研究院(KICT,院长 Kim, Byung-s...

全球范围内正在不断进行有关利用月球作为深空探索先进基地的研究,韩国也不例外。韩国土木工程和建筑技术研究院(KICT,院长 Kim, Byung-suk)成功实现了模拟月球表面条件的静电环境,不是在太空而是在地球上。研究人员还评估了其性能和有效性。

执行月球任务时最严重的威胁是带有静电的月球表面环境。由于月球大气层极其稀薄,直接暴露在太阳紫外线、X射线、太阳风、地球等离子体等的照射下,因此月球上的尘埃云呈现出很强的静电。月球的静电环境在白天带正电,在夜间带负电。

由于月球几乎没有大气层,由于空气阻力最小,即使受到很小的撞击,灰尘也很容易被吹走。当带静电的风化层颗粒粘在太空探索设备上时,可能会对设备造成严重损坏。例如,当这些颗粒粘在光伏电池上时,会降低发电效率。在载人任务中,它们可能会损坏保护宇航员的太空服,或穿透呼吸系统,导致危及生命的后果。

由 Shin, Hyusoung 博士(与高级研究员 Chung, Taeil 和 Park, Seungsoo 博士一起)领导的 KICT 研究团队开发了一种设计用于模拟带电条件的腔​​室。目的是实现类似于月球表面的静电环境。

KICT 开发的腔室结合了紫外线灯、电子束和等离子发生器,可以使测试物体的表面带正电或负电。展望未来,该设备可用于利用紫外线辐射和电子束对月球土壤的复制品进行静电充电。它将有助于确定有多少材料粘附在流动站上并预测潜在的问题。这项技术不仅仅是简单地进行静电充电,还可以模拟月球在各种条件下的带电环境,例如白天或夜间环境以及受到地球等离子体影响的情况。

这项研究工作的最大成就在于所开发的设备能够以定量和独立的方式测量所产生的光电流的量,该光电流对月球白天的月球尘埃的充电影响最为显着。本研究获得的实验测量值与相应的理论值之间的误差在约5%以内,证明了所开发技术的可靠性。

因此,KICT 的尝试不仅成功地再现了土壤灰尘保持带静电的类似月球的环境,而且还成功开发了评估技术。这项研究工作为大型脏热真空室(DTVC)配备所开发的设备以实现静电充电环境并进一步评估其性能奠定了基础。

负责该项目的 Shin 博士表示:“我们的研究提出了将韩国在世界上首次开发的全尺寸 DTVC 与月球尘埃充电技术有效整合的可能性。该解决方案将作为未来在月球上实施原位资源利用(ISRU)的一系列技术的试验台,解决和应对带电月球尘埃带来的一系列潜在技术挑战。

这项研究得到了科学和信息通信部资助的 KICT 研究计划(项目号 20230081-001,极端条件下 TRL6 环境模拟器和先进施工技术的开发)的支持。解释这项研究结果的文章发表在最新一期航空航天工程领域国际知名期刊《Aerospace》上。