Concepto del artista de posibles programas de exploración. Crédito de la imagen: NASA Haga clic para ampliar
¿Alguna vez ha caminado sobre una alfombra de lana con zapatos con suela de cuero en un día seco de invierno y luego se estiró hacia el pomo de una puerta? ¡BORRAR! Una chispa punzante salta entre tus dedos y la perilla de metal.
Eso es descarga estática, un rayo escrito pequeño.
La descarga estática es simplemente molesta para cualquiera que viva en la Tierra donde los inviernos tienen una humedad excepcionalmente baja. Pero para los astronautas en la Luna o en Marte, la descarga estática podría ser un verdadero problema.
'En Marte, creemos que el suelo es tan seco y aislante que si un astronauta estuviera caminando, una vez que regresara al hábitat y extendiera la mano para abrir la esclusa de aire, un pequeño rayo podría golpear la electrónica crítica', explica Geoffrey A Landis, físico de la Subdivisión de Efectos Ambientales Espaciales y Fotovoltaicos del Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio.
Este fenómeno se llama carga triboeléctrica.
El prefijo 'tribo' (pronunciado TRY-bo) significa 'frotar'. Cuando ciertos pares de materiales diferentes, como la lana y el cuero duro de la suela de un zapato, se frotan, un material cede algunos de sus electrones al otro material. La separación de carga puede crear un fuerte campo eléctrico.
Aquí en la Tierra, el aire que nos rodea y la ropa que usamos generalmente tienen suficiente humedad para ser conductores eléctricos decentes, por lo que cualquier carga separada al caminar o frotar tiene un camino listo a tierra. Los electrones se filtran al suelo en lugar de acumularse en su cuerpo.
Pero cuando el aire y los materiales están extraordinariamente secos, como en un día seco de invierno, son excelentes aislantes, por lo que no hay un camino listo para llegar al suelo. Su cuerpo puede acumular cargas negativas, posiblemente hasta la asombrosa cantidad de 20 mil voltios. Si toca un conductor, como el pomo de una puerta de metal, entonces, ¡ZAP !, todos los electrones acumulados se descargan a la vez.
En la Luna y en Marte, las condiciones son ideales para la carga triboeléctrica. El suelo es más seco que la arena del desierto en la Tierra. Eso lo convierte en un excelente aislante eléctrico. Además, el suelo y la mayoría de los materiales utilizados en los trajes espaciales y las naves espaciales (por ejemplo, mylar aluminizado, nailon recubierto de neopreno, Dacron, nailon recubierto de uretano, tricot y acero inoxidable) son completamente diferentes entre sí. Cuando los astronautas caminan o los rovers ruedan por el suelo, sus botas o ruedas acumulan electrones al frotar la grava y el polvo. Debido a que el suelo es aislante y no proporciona un camino a tierra, un traje espacial o un vehículo de superficie pueden acumular una tremenda carga triboeléctrica, cuya magnitud aún se desconoce. Y cuando el astronauta o el vehículo regrese a la base y toque el metal, ¡ZAP! Las luces de la base pueden apagarse o algo peor.
Landis y sus colegas de la NASA Glenn notaron este problema por primera vez a fines de la década de 1990, antes de que se lanzara Mars Pathfinder. “Cuando hicimos funcionar un prototipo de rueda del rover Sojourner sobre polvo marciano simulado en una atmósfera marciana simulada, encontramos que estaba cargada hasta cientos de voltios”, recuerda.
Ese descubrimiento preocupó tanto a los científicos que modificaron el diseño del rover Pathfinder, agregando agujas de media pulgada de largo, hechas de alambre de tungsteno ultradelgado (0,0001 pulgadas de diámetro) afilado en un punto, en la base de las antenas. Las agujas permitirían que cualquier carga eléctrica que se acumule en el rover se desvanezca en la delgada atmósfera marciana, 'como un pararrayos en miniatura que funciona a la inversa', explica Carlos Calle, científico principal del Laboratorio de Física de Superficies y Electrostática de la NASA en el Centro Espacial Kennedy. , Florida. También se instalaron agujas protectoras similares en los rovers Spirit y Opportunity.
En la Luna, “los astronautas del Apolo nunca informaron haber sido golpeados por descargas electrostáticas”, señala Calle. “Sin embargo, futuras misiones lunares que utilicen grandes equipos de excavación para mover mucha tierra seca y polvo podrían producir campos electrostáticos. Debido a que no hay atmósfera en la Luna, los campos podrían crecer bastante. Eventualmente, las descargas podrían ocurrir en el vacío '.
“En Marte”, continúa, “las descargas pueden ocurrir a no más de unos pocos cientos de voltios. Es probable que estos tomen la forma de resplandores coronales en lugar de relámpagos. Como tales, puede que no pongan en peligro la vida de los astronautas, pero podrían ser dañinos para los equipos electrónicos '.
Entonces, ¿cuál es la solución a este problema?
Aquí en la Tierra, es simple: minimizamos la descarga estática al conectar a tierra los sistemas eléctricos. Ponerlos a tierra significa literalmente conectarlos a las varillas de cobre que golpean la Tierra profundamente en el suelo. Las varillas de tierra funcionan bien en la mayoría de los lugares de la Tierra porque a varios pies de profundidad el suelo está húmedo y, por lo tanto, es un buen conductor. La Tierra misma proporciona un 'mar de electrones', que neutraliza todo lo que está conectado a ella, explica Calle.
Sin embargo, no hay humedad en el suelo de la Luna o Marte. Incluso el hielo que se cree que impregna el suelo marciano no ayudaría, ya que 'el agua congelada no es un conductor muy bueno', dice Landis. Por lo tanto, las barras de tierra serían ineficaces para establecer un 'terreno común' neutral para una colonia lunar o marciana.
En Marte, el mejor terreno podría ser, irónicamente, el aire. Una pequeña fuente radiactiva 'como la que se usa en los detectores de humo' podría adjuntarse a cada traje espacial y al hábitat, sugiere Landis. Las partículas alfa de baja energía volarían hacia la atmósfera enrarecida, golpeando moléculas e ionizándolas (eliminando electrones). Por lo tanto, la atmósfera alrededor del hábitat o del astronauta se volvería conductora, neutralizando cualquier exceso de carga.
Lograr un terreno común en la Luna sería más complicado, donde ni siquiera hay una atmósfera enrarecida que ayude a eliminar la carga. En cambio, se podría proporcionar un terreno común enterrando una enorme hoja de papel de aluminio o una malla de alambres finos, posiblemente hechos de aluminio (que es altamente conductor y podría extraerse del suelo lunar), debajo de toda el área de trabajo. Entonces, todas las paredes y los aparatos del hábitat se conectarían eléctricamente al aluminio.
La investigación aún es preliminar. De modo que las ideas difieren entre los físicos que buscan, bueno, algún terreno común.
Fuente original: Comunicado de prensa de la NASA
