L'astronaute d'Apollo 17 Harrison Schmitt prélevant un échantillon de sol, sa combinaison spatiale recouverte de poussière. Image de la NASA AS17-145-22157. Crédit :NASA
Quand les humains retournent sur la lune, ils auront un défi redoutable qui les guette :la poussière lunaire. Le régolithe lunaire ressemblant à du talc est considéré comme le plus gros problème opérationnel auquel sont confrontés les colons lunaires. Quelques jours après l'exposition à la poussière, Les combinaisons spatiales Apollo ont subi des visières obscurcies, mécanismes obstrués et couches de combinaison érodées. Ainsi, une équipe de l'ESA étudie de nouvelles options matérielles pour servir de base à de futures combinaisons spatiales ou protéger des rovers ou des infrastructures fixes.
« L'idée est venue qu'alors que l'ESA retourne sur la Lune, nous devrions envisager d'exploiter les nombreuses innovations dans le domaine des matériaux depuis la conception des combinaisons spatiales Apollo, il y a plus d'un demi-siècle, " remarque Malgorzata Holynska, ingénieure matériaux et procédés de l'ESA.
« Donc, même si nous ne développons pas de nouvelle combinaison spatiale pour le moment, nous étudions la sélection de matériaux candidats qu'une telle combinaison pourrait utiliser, ainsi que des housses de protection pour les rovers ou les machines et infrastructures fixes, et effectuons des tests de pointe pour voir comment ils résistent aux conditions lunaires simulées, en particulier la poussière lunaire."
lune de poussière
Comme l'a noté le commandant d'Apollo 12 Pete Conrad :« Je pense que probablement l'un des plus aggravants, les facettes restrictives de l'exploration de la surface lunaire sont la poussière et son adhérence à tout, peu importe le type de matériau, que ce soit la peau, matériel de costume, métal, peu importe ce qu'il est et son action restrictive semblable à une friction à tout ce qu'il se passe."
Cela s'est avéré inclure des combinaisons spatiales :« Les intégrités des combinaisons sont restées bonnes, mais il ne fait aucun doute dans mon esprit qu'avec quelques EVA supplémentaires, quelque chose aurait pu s'arrêter. Dans la zone où les bottes lunaires chaussaient les combinaisons, nous avons porté à travers le vêtement extérieur et commencions à porter à travers le Mylar."
Plus récemment, Le rover chinois Yutu-1 aurait été immobilisé lors de son deuxième jour sur la Lune par la poussière lunaire obstruant ses pièces mobiles.
Gros plan sur le gant enduit de poussière de l'astronaute d'Apollo 12 Pete Conrad. Crédit :NASA
Origines violentes
La poussière lunaire est présente partout sur la lune, créé par le bombardement constant de micrométéorites brise la surface rocheuse en fines particules. Contrairement à la poussière terrestre, elle n'a jamais été altérée par l'eau ou le vent, de sorte que même les particules microscopiques conservent les bords de la netteté du rasoir. Et l'énergie non filtrée du soleil lunaire peut conférer à la poussière une sérieuse adhérence statique.
"Selon sa zone d'origine, la poussière peut avoir des caractéristiques chimiques et abrasives très différentes, avec ses propriétés précises en fonction du site d'atterrissage choisi - ce qui est un autre facteur de préoccupation, " note l'ingénieur structurel de l'ESA Shumit Das.
"L'une des principales découvertes d'Apollo était que les effets d'abrasion du régolithe lunaire seraient le principal facteur limitant du retour sur la lune. Nous voulons surmonter cela et permettre des combinaisons spatiales qui pourraient être utilisées pour beaucoup plus de sorties dans l'espace que les rares effectuées par Atterrissage d'Apollo—jusqu'à 2, 500 heures d'activités de surface, c'est notre hypothèse."
Gros plans au microscope électronique à balayage de régolithe lunaire simulé, montrant (a) EAC-1A, (b) LHS-1 et (c) LMS-1. Crédit :ESA
L'ESA supervise le projet, en partenariat avec le spécialiste français des facteurs humains Comex, les instituts allemands de recherche sur les textiles et les fibres et l'organisation de science citoyenne le Forum spatial autrichien, qui se concentre sur la recherche de combinaisons spatiales.
Un atelier a été organisé l'année dernière pour rencontrer différents fournisseurs de matériaux, pour avoir un aperçu des options prometteuses basées sur les avancées les plus récentes.
Tester le succès de la robe lunaire
"Aucun matériau ne peut vraiment faire le travail, " ajoute Malgorzata. " Au lieu de cela, le concept est d'avoir une solution en couches, et définir quelle combinaison de couches fonctionnelles fonctionne le mieux, en termes d'interactions physiques et chimiques avec le régolithe, et comment les connecter au mieux. Nous testons ensuite ces différentes piles selon des critères fournis par nos collègues de la Direction de l'exploration robotique et humaine de l'ESA. Le défi ici est de rendre les tests aussi robustes que possible, pour arriver à des résultats crédibles pour guider notre choix de compromis et de sélection."
Appareil Bose pour les tests de fatigue. Ce test simule le comportement du matériau sous forte contrainte. Les échantillons de matériaux sont comprimés et étirés, correspondant, par ex. à la contrainte de flambage dans les mouvements des bras et des genoux. Crédit :DITF
Abraseur à double tête à plate-forme rotative avec simulateur de sol lunaire. Le simulateur est alimenté en continu vers la plate-forme d'abraseur pour tenir compte des nouvelles portions de poussière lunaire en contact avec les couches externes de la combinaison. Les matériaux testés sont davantage étudiés en termes de poids et d'image microscopique. Crédit :DITF
Des chercheurs du centre des astronautes de l'ESA ont identifié un substitut de poussière lunaire composé de poudre volcanique provenant d'éruptions de la région volcanique voisine de l'Eifel il y a environ 45 millions d'années. Celui-ci sera utilisé dans la nouvelle installation Luna et est connu sous le nom d'EAC-1. Des études sur la recréation de la poussière lunaire améliorent notre compréhension de la façon dont les matériaux de la surface lunaire pourraient être transformés en blocs de construction pour la prochaine base extraterrestre. Crédit :ESA
Un vaisseau spatial Orion s'est amarré à l'avant-poste lunaire appelé Gateway. La passerelle est la prochaine structure à être lancée par les partenaires de la Station spatiale internationale. Crédit :Agence spatiale européenne
Les instituts allemands de recherche sur les textiles et les fibres effectuent la majeure partie des tests du projet.
"Par exemple, un test d'abrasion consiste à placer le matériau d'essai dans un gobelet avec des briques de matériau lunaire simulé, pour voir comment il dure dans le temps - qui a été adapté à partir d'une norme de test textile existante, " ajoute Shumit.
« Des tests de perméabilité classiques sont également en cours, où un fluide à haute pression est appliqué à un matériau pour voir s'il le traverse. Et une chambre d'essai est en cours de développement destinée au « cyclage thermique » – exposant le matériau à des températures extrêmes répétées dans des conditions de vide. »
Un simulateur lunaire appelé EAC-1A est utilisé pour les tests de projet, développé par le Centre européen des astronautes de l'ESA en Allemagne, transformé à partir de sol volcanique.
Des sorties extravéhiculaires au stockage
Le régime de test examine l'ensemble du cycle de vie de toute future combinaison spatiale, incluant également le temps de stockage entre les sorties dans l'espace. Shumit explique :« Les futures combinaisons seraient généralement stockées sur la passerelle en orbite lunaire entre les EVA de surface. Nous devons savoir que les combinaisons sont étanches, le caoutchouc ou d'autres éléments ne seraient pas dégradés par leur temps de stockage, de sorte que comprennent également des tests de vieillissement accéléré, y compris l'humidité et l'exposition aux rayonnements.
