周一 · 知古通今 | 周二 · 牧夫专栏
周三 · 太空探索 | 周四 · 观测指南
周五 · 深空探索 | 周六 · 茶余星话 | 周日 · 视频天象
原文作者：马特·威廉姆斯（Matt Williams）
编译：Viva
校对：校对组
后期：胡永葳
责任编辑：王启儒
原文链接：
NASA is Developing Solutions for Lunar Housekeeping’s Biggest Problem: Dust!
本文约2200字，阅读约需7分钟。
屋里有灰，扫扫？
月球上的尘埃，和地球上的可不同。它在微观上非常粗糙，具有很强的“杀伤力”。更可怕的是，月球无大气、微重力的环境，使得扬起的尘埃很难落下，可以漂浮很长一段时间，对人体和仪器产生负面影响。
月球村，由聚集在月球表面陨石坑周围的栖息地组成。
Credit：ESA
在阿波罗登月后，经历了漫长的岁月，终于，NASA决定在2030年之前，向月球发送首批埃尔忒米斯计划的宇航员。这支队伍将由多个航天机构共同支持，例如欧空局和中国，计划向月球运送首批宇航员。不仅如此，该计划在月球的南极-艾托肯盆地部署了永久的居住地，并建设必要的基础设施，以便人类永久在此存续。这一计划的实施面临诸多挑战，最严峻的挑战来自于月球独特的自然环境。
除了极端温度，14个地球日才能完成的昼夜循环，缺乏大气层的环境，还有月球风化层（又名月尘）等等。月球表面被5-10米厚的月球尘埃覆盖，这些尘埃颗粒在微观上质地坚硬，形状粗糙而锐利，呈现锯齿状，还会因为静电作用粘在所有东西上，对宇航员的身体健康、设备和机械造成了严重破坏。据记载，美国阿波罗计划中12位登上过月球的宇航员，在执行任务前后均有出现咳嗽、喷嚏，并伴随眼睛痒其它轻微不适症状。他们反映，每次执行完任务回到登月舱脱下宇航服时，都能闻到一股类似放鞭炮的特殊气味。执行任务中，可以排除任何感染细菌性、病毒性疾病的可能。地面研究人员发现，这种气味的来源就是月球尘埃，也是致使宇航员呼吸道不适的罪魁祸首。
美国航天局正在开发抑制尘埃沉积的技术。蓝色起源公司的新谢泼德火箭将搭载其中七个实验装置飞行，进行测试，以评估这些新技术减轻月球尘埃破坏的能力。另一项值得研究的问题，是月球尘埃被航天器飞行的羽流卷起的过程和分布情况。由于月球基本上没有大气层，重力较弱（仅为地球的16.5%），这些尘埃可以在空中停留很长时间而不落地。由于数十亿年的流星和微流星体撞击，以及缺乏大气带来的风化作用，月球尘埃呈锯齿状，极为粗糙，对它接触到的任何表面都有磨损作用，除了宇航服和设备，甚至还有人体皮肤、眼睛和肺。它还有可能堆积在太阳能电池板上，阻碍电力的产生和储存，而那是人们赖以度过漫长的月球之夜的能源。
此外，如果尘埃覆盖了散热器或积聚在窗户上，它还会导致设备过热。如果它沉积在相机镜头和遮阳板上，会干扰观察和导航，使人们难以获取准确的图像。NASA约翰逊航天中心月面创新机构的技术集成负责人克里斯汀·约翰在NASA的新闻稿中说：“月球尘埃具有极细的颗粒度，其中包含肉眼难以观察的小颗粒，这意味着，即使表面受到了它的污染，依然看起来很干净。”
＋
如何解决问题？
以下讨论的技术是由NASA空间技术任务局（STMD）内的重大创新发展项目开发的。“通过亚轨道火箭模拟月球重力”飞行试验将在模拟月球重力环境中研究月球风化层力学和月球尘埃运输。火箭的有效载荷包括了使用多种策略减轻和清洁尘埃的模块。它们包括：
Clothbot：
这款小巧的机器人将模拟和测量尘埃在加压环境中的行为，特别是宇航员舱外活动（EVA）结束后，太空服从外界环境中带入尘埃的过程。机器人的动作已经预先编程，模拟宇航员脱下太空服的行为，此过程会释放小剂量的月面尘埃模拟物。接下来，灰尘流会被激光照明成像系统拍摄捕获，传感器将实时记录分析颗粒物的尺寸和数量。
静电除尘释放（EDL）：
EDL模块将检验月面尘埃在静电作用下被“掀起”的过程，以期改进尘埃运动的模型。在飞行达到月球重力条件时，尘埃样本被释放，EDL模块会用紫外光源照亮它们，使它们带电荷。然后，尘埃从吸附表面升起，穿过片状激光，EDL观察并记录结果。在离开月球重力环境、紫外光源已经关闭后，EDL模块的相机将持续记录尘埃的运动，直到任务结束。
NASA艾姆斯研究中心的月球实验室和尘埃试验台。
Credit: NASA/Uland Wong.
Hermes Lunar-G:
NASA、德克萨斯A&M和德克萨斯州空间技术应用与研究院（T-STAR）基于以前在国际空间站（ISS）上运行的一个设施（Hermes），开发了Hermes Lunar-G项目。与其前身一样，Lunar-G项目将依靠重新利用的Hermes硬件来研究月球尘埃模拟物。这将使用四个装有压缩月球尘埃模拟物的罐子来完成。火箭飞行进入其月球重力阶段时，这些模拟物受到的压力被释放，并在罐子中漂浮，同时高速相机和传感器捕获数据。结果将与来自国际空间站和类似飞行实验的微重力数据进行比较。
以下视频展示了七个模块的工作过程，请点击了解：
＋
缓解尘埃问题的策略
这些项目获得的数据将提供关于尘埃生成速率、运输过程和力学行为的信息，这将有助于科学家完善计算模型。这将使任务规划者和设计者能够为未来的月球和火星任务制定更好的降尘策略。这一挑战已经促使NASA的思考了几个技术发展的方向，包括但不限于原位资源利用（ISRU）和建设，到运输和地面电力技术。约翰说：
“了解月球尘埃的一些基本特性，以及月球尘埃如何影响航天器系统，其影响远远超出了仅仅寻找尘埃缓解方法和月面环境问题。提高我们对月球尘埃行为的理解，推进我们的尘埃抑制技术，有利于我们计划在月球表面使用的设施施展其绝大部分能力。”能够模拟月球引力的测试飞行器和飞行器改进均由NASA的飞行机会计划资助。
1
END
1
注：文章不代表本公众号立场，错漏之处，敬请各位读者批评指正！
斗转星移，日月生辉！牧夫天文伴您遨游宇宙！
『天文湿刻』 牧夫出品
微信公众号：astronomycn
颐和园“金光穿洞”奇景，一年仅有冬至前后可以观察到，大量游客慕名而来观赏，湖心岛最佳机位被围得水泄不通。日落时分，阳光从西南方向直射，将十七孔桥的桥洞一个个照亮，暖橙色的光芒照耀在冰冻的湖水上，一条条的形状，冷风拂动着柳树的枯枝，野鸭成群飞过，自然和古建交融。皇家建筑的气派、天人合一的设计智慧，在此达到顶峰。
笔者摄于北京颐和园十七孔桥北侧，2024年12月21日16：20，冬至日。
谢谢阅读
