Concepto artístico de posibles programas de exploración. Crédito de la imagen: NASA Haga Click para agrandar
¿Alguna vez ha caminado por una alfombra de lana con zapatos con suela de cuero en un día seco de invierno y luego se acercó a un picaporte? ¡BORRAR! Una chispa punzante salta entre tus dedos y la perilla de metal.
Esa es una 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 está tan seco y aislante que si un astronauta saliera a caminar, una vez que él o ella regresara al hábitat y extendiera la mano para abrir la esclusa, un pequeño rayo podría destruir la electrónica crítica", explica Geoffrey A Landis, físico de la Subdivisión de Fotovoltaica y Efectos Ambientales Espaciales 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 suela de zapato, se frotan, un material cede algunos de sus electrones al otro material. La separación de la 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 por caminar o frotar tiene un camino listo para aterrizar. Los electrones sangran en el 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 unos increíbles 20 mil voltios. Si toca un conductor, como un pomo de metal, entonces, ¡ZAP! - todos los electrones acumulados se descargan de una 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 trajes espaciales y naves espaciales (por ejemplo, mylar aluminizado, nylon recubierto de neopreno, Dacron, nylon recubierto de uretano, tricot y acero inoxidable) son completamente diferentes entre sí. Cuando los astronautas caminan o los rovers cruzan el suelo, sus botas o ruedas recogen electrones mientras rozan la grava y el polvo. Debido a que el suelo es aislante y no proporciona un camino hacia el suelo, un traje espacial o un vehículo explorador puede generar una tremenda carga triboeléctrica, cuya magnitud aún se desconoce. Y cuando el astronauta o el vehículo regresa a la base y toca metal, ¡ZAP! Las luces en la base pueden apagarse, o 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 pasamos una rueda prototipo del rover Sojourner sobre polvo marciano simulado en una atmósfera marciana simulada, descubrimos que cargaba hasta cientos de voltios", recuerda.
Ese descubrimiento preocupó tanto a los científicos que modificaron el diseño del vehículo explorador Pathfinder, agregando agujas de media pulgada de largo, hechas de alambre de tungsteno ultrafino (0,0001 pulgadas de diámetro) afilado en un punto, en la base de las antenas. Las agujas permitirían que cualquier carga eléctrica que se acumulara en el vehículo se desvaneciera en la delgada atmósfera marciana, "como un pararrayos en miniatura que opera en reversa", explica Carlos Calle, científico principal del Laboratorio de Física de Superficies y Electrostática de la NASA en el Centro Espacial Kennedy. Florida Agujas protectoras similares también se instalaron en los rovers Spirit y Opportunity.
En la Luna, "los astronautas del Apolo nunca informaron haber sido afectados por descargas electrostáticas", señala Calle. “Sin embargo, las futuras misiones lunares que utilizan grandes equipos de excavación para mover gran cantidad de polvo y tierra seca podrían producir campos electrostáticos. Debido a que no hay atmósfera en la Luna, los campos podrían crecer bastante fuertes. 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 rayos. Como tal, pueden no ser potencialmente mortales para los astronautas, pero podrían ser perjudiciales para los equipos electrónicos ".
Entonces, ¿cuál es la solución a este problema?
Aquí en la Tierra, es simple: minimizamos la descarga estática conectando a tierra los sistemas eléctricos. Ponerlos a tierra significa literalmente conectarlos con 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 terriblemente 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 fuente radiactiva diminuta "como la que se usa en los detectores de humo" podría estar unida a cada traje espacial y al hábitat, sugiere Landis. Las partículas alfa de baja energía volarían a la atmósfera enrarecida, golpeando moléculas e ionizándolas (eliminando electrones). Por lo tanto, la atmósfera alrededor del hábitat o el astronauta se volvería conductiva, neutralizando cualquier carga excesiva.
Lograr un terreno común en la Luna sería más complicado, donde ni siquiera hay una atmósfera enrarecida para ayudar a purgar la carga. En cambio, podría proporcionarse un terreno común enterrando una enorme lámina de aluminio o una malla de alambres finos, posiblemente de aluminio (que es altamente conductor y podría extraerse del suelo lunar), debajo de toda el área de trabajo. Entonces todas las paredes y aparatos del hábitat estarían conectados eléctricamente al aluminio.
La investigación aún es preliminar. Entonces, las ideas difieren entre los físicos que buscan, bueno, algo en común.
Fuente original: Comunicado de prensa de la NASA
