Apollo 17-astronauten Harrison Schmitt samlar ett jordprov, hans rymddräkt belagd med damm. NASA-bild AS17-145-22157. Kredit:NASA
När människor återvänder till månen, de kommer att ha en enorm utmaning som ligger och väntar:måndamm. Den talkliknande månregoliten anses vara det största operativa problemet som månkolonister står inför. Inom några dagar efter dammexponering, Apollo rymddräkter fick mörka visir, igensatta mekanismer och eroderade kostymlager. Så ett ESA-team undersöker nya materialalternativ för att fungera som grund för framtida rymddräkter eller skydda rovers eller fast infrastruktur.
"Idén kom upp att när ESA återvänder till månen skulle vi undersöka att utnyttja de många innovationerna inom materialområdet sedan Apollo-rymddräkterna designades, för mer än ett halvt sekel sedan, " anmärker ESA:s material- och processingenjör Malgorzata Holynska.
"Så även om vi inte utvecklar en ny rymddräkt just nu, vi tittar på att välja ut kandidatmaterial som en sådan kostym kan använda – såväl som skyddsöverdrag för rovers eller fast maskineri och infrastruktur – och utför några toppmoderna tester för att se hur de står sig mot simulerade månförhållanden, särskilt måndamm."
måne av damm
Som Apollo 12-befälhavaren Pete Conrad noterade:"Jag tror förmodligen en av de mest försvårande, begränsande aspekter av månens ytutforskning är dammet och dess vidhäftning till allt oavsett vilken typ av material, oavsett om det är hud, kostymmaterial, metall, oavsett vad det är och dess restriktiva friktionsliknande verkan på allt det går på."
Det visade sig inkludera rymddräkter:"Dräktintegriteten höll sig bra, men det råder ingen tvekan i mitt sinne att med ett par EVA till kunde något ha stannat. I området där månstövlarna passade på dräkterna, vi bar igenom ytterplagget och började slita igenom Mylaren."
På senare tid, Kinas Yutu-1 rover tros ha blivit immobiliserad under sin andra dag på månen av att måndamm täppte till dess rörliga delar.
En närbild av Apollo 12-astronauten Pete Conrads dammbelagda handske. Kredit:NASA
Våldsamma ursprung
Måndamm finns över hela månen, skapad av det stadiga bombardemanget av mikrometeoriter krossar den steniga ytan till fina partiklar. Till skillnad från jordbaserat damm har det aldrig vittrats av vatten eller vind, så att även mikroskopiska partiklar fortfarande behåller kanterna av knivskarpa. Och den ofiltrerade energin från månsolsken kan ge dammet en allvarlig statisk klamring.
"Beroende på dess ursprungsområde kan dammet ha mycket olika kemiska och nötande egenskaper, med dess exakta egenskaper beroende på den valda landningsplatsen – vilket är en annan faktor som oroar, " konstaterar ESA:s konstruktionsingenjör Shumit Das.
"En av nyckelfynden från Apollo var att nötningseffekterna av månregoliten skulle vara den huvudsakliga begränsande faktorn för att återvända till månen. Vi vill övervinna det och möjliggöra rymddräkter som kan användas för många fler rymdpromenader än de fåtal som utförs pr. Apollolandning – upp till 2, 500 timmars ytaktiviteter är vårt antagande."
Skanna elektronmikroskopiska närbilder av simulerad månregolit, visar (a) EAC-1A, (b) LHS-1 och (c) LMS-1. Kredit:ESA
ESA:s övervakar projektet, samarbetar med den franska specialisten på mänskliga faktorer Comex, de tyska instituten för textil- och fiberforskning och organisationen för medborgarvetenskap, Austrian Space Forum, som har fokus på rymddräktsforskning.
En workshop anordnades förra året för att träffa olika materialleverantörer, för att få insikt i lovande alternativ baserat på de senaste framstegen.
Testar för framgång med månklänning
"Inget material kan verkligen göra jobbet, ", tillägger Malgorzata. "Istället är konceptet att ha en skiktad lösning, och definiera vilken kombination av funktionella lager som fungerar bäst, när det gäller fysiska och kemiska interaktioner med regolit, och hur man bäst kopplar dem. Vi testar sedan dessa olika stackar mot kriterier från våra kollegor från ESA:s Directorate of Robotic and Human Exploration. Utmaningen här är att göra testningen så robust som möjligt, att komma med trovärdiga resultat för att vägleda vårt val av avvägningar och nedval."
Bose-enhet för utmattningstestning. Detta test simulerar beteendet hos material under hög belastning. Materialens prover komprimeras och sträcks, motsvarande t.ex. till knäckspänningen i arm- och knärörelser. Kredit:DITF
Rotary Platform Double Head Abraser med månjordsimulator. Simulanten matas kontinuerligt till abraserplattformen för att ta hänsyn till nya delar av måndamm i kontakt med dräktens yttre lager. De testade materialen undersöks ytterligare vad gäller vikt och mikroskopisk bild. Kredit:DITF
Forskare vid ESA:s astronautcentrum har identifierat en ersättning för måndamm som består av vulkaniskt pulver från utbrott från den närliggande vulkanregionen Eifel för omkring 45 miljoner år sedan. Denna kommer att användas på den nya Luna-anläggningen och är känd som EAC-1. Studier av att återskapa måndamm ökar vår förståelse för hur material från månens yta kan omvandlas till byggstenar för nästa utomjordiska bas. Kredit:ESA
En Orion-farkost dockad med månens utpost som kallas Gateway. Gateway är nästa struktur som lanseras av partnerna till den internationella rymdstationen. Kredit:European Space Agency
De tyska instituten för textil- och fiberforskning utför huvuddelen av projekttester.
"Till exempel, ett nötningstest innebär att testmaterialet placeras i en tumlare med tegelstenar av simulerat månmaterial, för att se hur det håller över tid – vilket har anpassats från en befintlig textilteststandard, " tillägger Shumit.
"Klassiska permeabilitetstester genomförs också, där en högtrycksvätska appliceras på ett material för att se om det går igenom. Och en testkammare är under utveckling avsedd för "termisk cykling" - att utsätta material för upprepade extrema temperaturer under vakuumtillstånd."
En månsimulant som heter EAC-1A används för projekttestning, utvecklad av ESA:s European Astronaut Center i Tyskland, bearbetas från vulkanisk jord.
Från rymdpromenader till förvaring
Testregimen tittar på hela livscykeln för eventuella framtida rymddräkter, inklusive lagringstid mellan rymdpromenader. Shumit förklarar:"Framtida dräkter skulle vanligtvis lagras på Gatewayen i månbana mellan EVA:er på ytan. Vi måste veta att dräkten tätar, gummi eller andra element skulle inte försämras av sin lagringstid, så som även inkluderar accelererade åldringstester, inklusive exponering för fukt och strålning."
