Pour citer Jim Reuter, administrateur associé de la NASA, envoyer des missions avec équipage sur Mars d'ici 2040 est un « objectif audacieux ». Les défis incluent la distance impliquée, qui peut prendre jusqu'à six mois pour parcourir en utilisant les méthodes de propulsion conventionnelles. Ensuite, il y a le danger posé par les radiations, qui comprend une exposition accrue aux particules solaires, aux éruptions cutanées et aux rayons cosmiques galactiques (GCR). Et puis il y a le temps que les équipages passeront en microgravité pendant les transits, ce qui peut avoir de graves conséquences sur la santé humaine, la physiologie et la psychologie.

Mais qu’en est-il des défis liés à la vie et au travail sur Mars pendant plusieurs mois d’affilée ? Si un rayonnement élevé et une gravité plus faible sont préoccupants, le régolithe martien l’est également. Comme le régolithe lunaire, la poussière sur Mars adhèrera aux combinaisons spatiales des astronautes et usera leur équipement. Cependant, il contient également des particules nocives qui doivent être éliminées pour éviter de contaminer les habitats. Dans une étude récente, une équipe d'ingénieurs en aérospatiale a testé un nouveau système électrostatique permettant d'éliminer le régolithe martien des combinaisons spatiales, ce qui pourrait potentiellement éliminer les poussières nocives avec une efficacité allant jusqu'à 98 %.

Le nouveau système a été conçu par Benjamin M. Griggs et Lucinda Berthoud, étudiante en maîtrise et professeur d'ingénierie des systèmes spatiaux (respectivement) au Département d'ingénierie aérospatiale de l'Université de Bristol, au Royaume-Uni. Le document qui décrit le système et le processus de vérification a été récemment publié dans la revue Acta Astronautica . Comme ils l'expliquent, le système d'élimination électrostatique (ERS) qu'ils proposent utilise le phénomène de diélectrophorèse (DEP) pour éliminer la poussière martienne des tissus des combinaisons spatiales.

Tout comme son homologue lunaire, le régolithe martien devrait être chargé électrostatiquement en raison de l’exposition au rayonnement cosmique. Mais sur Mars, il y a aussi la contribution des tourbillons de poussière et des tempêtes, connus pour générer des décharges électrostatiques (appelées éclairs). Au cours des missions Apollo, les astronautes ont rapporté comment le régolithe lunaire adhérait à leurs combinaisons et était retracé dans leurs modules lunaires. Une fois à l'intérieur, il collerait à tout et pénétrerait dans leurs yeux et leurs poumons, provoquant des irritations et des problèmes respiratoires.

Compte tenu de son projet de renvoyer des astronautes sur la Lune grâce au programme Artemis, la NASA étudie plusieurs méthodes pour empêcher le régolithe de pénétrer dans les modules d'habitation, comme la technologie de revêtement des combinaisons spatiales et les faisceaux d'électrons pour les nettoyer. Alors que la poussière martienne devrait infliger une usure similaire aux combinaisons spatiales, la situation est aggravée car elle peut contenir des particules toxiques. Comme Griggs l'a expliqué à Universe Today par e-mail :

"En plus d'avoir un effet abrasif sur les combinaisons spatiales elles-mêmes, le régolithe martien devrait également présenter des problèmes de santé aux astronautes. Il est connu pour contenir une gamme de particules nocives qui peuvent être cancérigènes ou causer des problèmes respiratoires, et les données de la mission Pathfinder ont montré la présence de particules toxiques telles que le chrome. Le régolithe martien devra donc être retiré des combinaisons spatiales avant d'entrer dans les zones d'habitation sur Mars pour éviter tout contact entre les astronautes et les particules de régolithe. "

Le principe de l'appareil, la diélectrophorèse (DEP), fait référence au mouvement de particules neutres lorsqu'elles sont soumises à un champ électrique non uniforme. Leur système de suppression électrostatique (ERS) proposé comprend deux composants :un générateur de formes d'onde haute tension (HVWG) utilisé pour produire des ondes carrées de fréquences et d'amplitudes variables jusqu'à 1 000 volts et un dispositif de suppression électrostatique (ERD) composé d'un réseau d'électrodes de cuivre parallèles. . Lorsque les ondes carrées sont appliquées aux électrodes de l’ERD, un champ électrique important et variable est généré. Comme Griggs l'a résumé :

"Par conséquent, lorsque des particules de poussière frappent la surface de l'ERD, les particules de poussière sont déplacées par une combinaison de forces électrostatiques et diélectrophorétiques (en raison du grand champ électrique), qui agissent respectivement sur les particules chargées et non chargées dans la poussière. agit pour déplacer les particules de poussière dans une direction perpendiculaire aux électrodes, entraînant le nettoyage de la surface de l'ERD. "

Pour évaluer les performances du système proposé, Griggs et le professeur Berthoud ont développé une expérience pour étudier plusieurs variables clés. Cela comprenait la fréquence et l'amplitude des ondes carrées, l'espacement entre les électrodes, l'inclinaison de la surface de l'ERD, la distance entre les électrodes et la couche de poussière et le matériau de la surface dont la poussière est retirée. La première étape consistait à produire des modèles analytiques, ce qui était une tâche extrêmement complexe pour ce système, et les modèles numériques précédents n'étaient pas particulièrement utiles.

"Pour ce travail, un modèle plus simple a donc été dérivé en utilisant la loi de Couloumb et la loi de diélectrophorèse pour une prédiction préliminaire de l'effet de paramètres tels que l'amplitude de l'onde carrée, l'espacement des électrodes et la séparation poussière-électrode (la distance réelle entre les électrodes et les particules de poussière qu'ils tentent d'éliminer) sur les performances du système", a déclaré Griggs. L'étape suivante consistait à préparer une expérience qui quantifierait les performances et le comportement optimaux du système proposé et mesurerait ses effets. Comme Griggs l'a décrit :

"Deux mesures ont été développées pour quantifier et comparer les performances du système lors des tests :les performances de nettoyage (% de la surface claire ne contenait pas de particules de poussière) et le taux de nettoyage (un taux de nettoyage normalisé basé sur le temps nécessaire pour passer de 5 (% à 60 % de la performance finale de nettoyage). Un large éventail de paramètres a été exploré expérimentalement, y compris la fréquence et l'amplitude de l'onde carrée appliquée aux électrodes. Le système a ensuite été appliqué pour éliminer la poussière de la couche externe des combinaisons spatiales en intégrant une couche. d'Ortho-tissu (la couche externe des combinaisons spatiales) entre le système et une couche de particules de poussière."

D'après leurs tests, ils ont constaté que le système atteignait une performance de nettoyage optimale de 98 % lorsqu'il était intégré directement sous une couche de particules de poussière. Cependant, cela a considérablement diminué lorsque la couche externe a été introduite en raison de la distance accrue entre le système et les particules de poussière. En conséquence, ils concluent que ce système devrait probablement être intégré directement dans la couche externe des combinaisons spatiales pour augmenter les performances, éventuellement tissé dans le tissu lui-même. Le système offre une méthode non abrasive de dépoussiérage, essentielle pour les futures missions sur Mars.

Cependant, comme l’a résumé Griggs, des améliorations supplémentaires sont nécessaires avant que la technologie puisse être utilisée dans de futures missions. De plus, les avantages potentiels vont au-delà de la santé des astronautes et de l'élimination de la poussière des combinaisons spatiales :

"Ce concept a déjà été exploré avec succès, même si, de par sa nature même, il compromet l'intégrité de la couche externe de la combinaison spatiale. La technologie doit donc être affinée avant d'être appliquée sur de futures missions sur Mars. La technologie offre une alternative appropriée aux méthodes mécaniques de dépoussiérage. dépoussiérage utilisé sur les missions Apollo de courte durée (brossage et aspiration), qui ne conviennent pas aux missions martiennes plus longues en raison de leur effet abrasif sur les combinaisons spatiales. C'est donc également une technologie très prometteuse pour le dépoussiérage dans d'autres applications comme le dépoussiérage des combinaisons spatiales. des panneaux solaires ou des dispositifs optiques, qui seront essentiels dans les futures missions sur Mars."

Plus d'informations : Benjamin M. Griggs et al, Développement d'un système de suppression électrostatique pour une application dans le dépoussiérage des combinaisons spatiales martiennes, Acta Astronautica (2024). DOI :10.1016/j.actaastro.2024.02.016

Informations sur le journal : Acta Astronautica

Fourni par Universe Today