小时候，父亲有一辆VAZ-2101汽车。它不是最酷的汽车，但它能正常工作，而且看起来总是很棒。原因是她父亲在向她求婚。因此，我一直认为，仅由于整洁，便宜或旧车的外观就能比昂贵的车好得多。任何表面上的灰尘不仅会导致普罗米修斯风格的美学失望（因为无论您将其移除多长时间，都必须一遍又一遍地重复此过程），而且还会对某些物体（例如计算机的冷却器）的性能和人体健康产生负面影响。不加强。而且，如果我们谈论的是公寓表面的灰尘，那么有很多资金可以消除灰尘。但是，这是否是地球卫星的表面？美国科罗拉多大学博尔德分校的科学家开发了一种清除月球表面灰尘的技术。谁受到月球尘埃的阻碍，科学家们是如何决定摆脱尘埃的？他们的方法有效吗？我们将在科学家的报告中找到这些问题的答案。走。
研究依据
月球表面是过敏症患者和清洁爱好者的噩梦。除了开玩笑，我们的卫星表面覆盖有一层regolith *。
Regolith * -残留的土壤，这是月球表面（不仅是岩石）宇宙风化的结果。go石颗粒可能由于人类活动和自然过程而上升。它们很容易粘在任何表面上（月球车，太空服，光学镜片等）。但这不是最坏的情况，因为它们会损坏其所固定的物体。例如，宇航服遭受月尘的磨蚀。月球表面的激光后向反射器显示光反射率随时间而降低；散热器和热控制表面（来自热控制表面的TCS ）的性能下降；覆盖有灰尘的太阳能电池板会降低功率输出等。呼吸月尘的人可能面临极其严重的健康问题。
该视频检查了月尘对阿波罗17号任务参与者吉恩·塞南的影响。
所有上述原因导致了这样一个事实，即月尘被认为是人类和机器人未来研究月球表面的主要技术问题之一。
在过去的几十年中，已经研究和开发了几种抑尘技术。这些方法可以分为四类（链接导致这些领域的一些研究）：液压，机械，电动和被动。
液压技术包括使用液体，泡沫和压缩气体的喷射来清除表面的灰尘。 （月尘的降解效果和清除/预防的概念）
机械方法使用刷子（例如尼龙硬毛）或振动机构清除灰尘。在Apollo程序中使用了此技术。 （作为热控制表面的月尘缓解策略的刷涂评估）
电动防尘罩目前被认为是处理月尘的最先进方法之一。基本思想是向设备表面下嵌入的电极施加振荡高压，以去除灰尘。预期该方法将在月球环境中更有效，因为月球尘埃带有太阳风等离子体，太阳辐射和/或摩擦电效应。 （使用静电行波从光学元件中去除月尘的静电清洁系统的实际性能）
在被动方法中，对表面进行了修饰（例如，通过离子注入），以减少灰尘对给定表面的粘附。 （将表面改性作为热控制表面的降尘策略进行评估）
当然，上述每种方法都有其自身的优缺点。具体技术的选择取决于灰尘本身的特征，表面的特性以及该技术的使用条件。
科学家们认为，通过混合使用这些方法可以获得最佳结果。在他们的研究中，他们提出了一种新方法，该方法利用电子束对尘埃粒子（直径小于25微米）进行充电，以通过静电力使表面反弹。
准备实验
图像№1
首先，应该注意的是，多尘表面具有在尘埃颗粒之间形成微腔的独特特征。如图1a所示当电子或光子通过一个小间隙并撞到上层表面下方的灰尘颗粒的蓝色表面时，就会发射出二次电子或光电子。这些发射的电子中的一些在微腔内部被吸收，并在周围的尘埃颗粒（图中红色区域）上施加负电荷。由于腔体的尺寸小（大约为微米），因此会在腔体上产生一个非常大的电场，这会导致周围粒子上大量负电荷的积累。结果，这些带负电的颗粒之间的排斥力足够大以超过颗粒间或颗粒间表面的内聚力和重力。因此，灰尘颗粒被释放。实际实验表明可以在120 eV电子束的作用下从表面释放出直径最大为60 µm的相同大小的尘埃颗粒或直径最大为140 µm的聚集体。
基于这些数据，科学家决定进行一系列实验，以确定电子束的最佳特性，以有效去除表面的灰尘。
实验在直径50厘米，高28厘米的真空室中进行（1b）。模拟器月球颗粒JSC-1A（p〜2.9h10 3千克/米3 ;直径<25微米）施加到附着到衬底试样（2.5×5厘米）。将基板附着到旋转的轴上，以使基板的表面与水平线成45°角。
样品的整个表面被带有负偏压的热灯丝（细丝）发出的电子束大致均匀地照射，该电子束安装在样品室的上部，高度比样品表面高约20 cm。在真空条件下，发射的电子产生空间电荷效应，从而限制了从灯丝发射的电子束电流。为了获得更高的电子束电流，通过提供被电子束电离的低压氩气（〜0.2 mTorr）来创建低密度等离子体。
用Langmuir圆盘探针测量样品表面上的束电流密度。用高速相机（每秒2000帧）记录从表面释放的灰尘。
图片编号2
图像＃2（左）显示，由于暴露于电子束（230 eV; 1.5μA/ cm 2），导致大量的尘埃粒子从玻璃表面反弹。
使用摄像机（而不是高速摄像机）记录表面的初始清洁度及其在集尘过程中的变化。通过根据从图像获得的亮度进行校准，将相机的伽玛校正设置为1。图像＃2（右）显示了释放过程前后玻璃表面的图像。
表面清洁度决定了试件表面的灰尘程度（清洁度越低，灰尘度越高）。在这些实验中，纯度（C）根据下式确定：
C =（L s -L d）/（L c -L d）其中L s是样本整个表面的像素的平均亮度；L c-干净表面像素的平均亮度（无灰尘）；L d-完全被灰尘覆盖的表面上像素的平均亮度。
为了实现灰尘在受控样品上的永久沉积，必须执行以下三步过程：
- 将月球粒子模拟器加载到筛子上（筛孔尺寸：25微米）；
- 敲击筛子，使所需尺寸的颗粒落在样品上并形成均匀的层；
- 记录图像并分析样品表面的亮度，使用上式确定初始表面清洁度；
重要的是要注意，灰尘颗粒并不总是在样品表面上形成均匀的层。在某些区域，由于颗粒之间的粘附，形成了几层灰尘。因此，表面光洁度还取决于灰尘层的厚度。
实验准备就绪后，进行了几次测试，以确定电流密度和电子束能量的最佳参数。在不同的表面材料上以及不同厚度的初始粉尘层上测试了清洁效率。
实验结果
第一步是检查覆盖有JSC-1A尘埃且平均层厚（C = 37.5％）的宇航服样品上的电流密度和束能量。产生的束电流密度在0.3到6.1 mA / cm 2之间变化。束能量设置为〜230 eV，这对于大多数材料而言，提供相对较高的二次电子发射。
图像＃3
图3a显示了清洁过程随时间的变化。所有电子束电流密度的最高纯度均达到〜75％。纯化过程的时间常数（定义为纯度从初始值到最终值达到1-1 / e≈63.2％所需的时间）随着电流密度的增加而减小（3b）。在电流密度为1.5到3 mA / cm 2时，时间常数趋于达到约100秒的平稳状态。
由于灰尘颗粒的充电时间与电流密度成反比，因此从灰尘中清除的时间常数的减小率大约对应于电子束电流密度的增大率。较高的电流密度可缩短充电时间，从而加快集尘速度。当充电过程快于粉尘的运动时，放电率受到粉尘运动的限制，并达到平稳状态。
在60至400 eV的范围内检查光束的能量依赖性。发现触发清洁过程的阈值能量为〜80 eV，这是入射电子产生足够数量的二次电子以产生显着微腔充电效果的最小能量。
图片＃4上
图显示了束能量分别为80、150和230 eV的清洁过程。从图中可以看出，纯度随着束能量的增加而增加。但是，在400 eV时，几乎没有除去灰尘。这是由于以下事实：二次电子的产率增加到最大值，但是随后随着一次电子的能量增加而降低。由此得出，在月尘模拟器的情况下达到了230 eV的最大值。
结果发现，为了更好地除尘，系统的最佳参数是能量为230 eV，最小电流密度为1.5至3 mA / cm 2。
5号图像
为了确认所选参数（230 eV和1.5 mA / cm 2）的正确性，使用了宇航服的样品和玻璃板上的样品进行了测试。从上图可以看出，两种材料的纯度变化趋势相同。
除了电子束本身的参数外，还必须分析灰尘层的厚度对系统运行的影响。在测试期间，以纯度水平计的层厚度为：5％，40％和65％。
图片编号6
纯度的程度明确取决于灰尘层的初始厚度：该层越薄，纯度越高（最高〜85％）。可能的解释是，在较厚的层中，最顶层以下的灰尘颗粒由于重力而变得更致密，从而导致颗粒之间的凝聚力更大。然而，据科学家称，由于月球重力降低，这种影响将比地球上实验室条件下的影响要弱得多。您也可以使用混合除尘方法，即用刷子或振动去除厚层，然后使用电子束方法去除剩余的薄层。
综上所述，上述结果清楚地表明，可以在相对短的时间段（不到1分钟）内通过电子束成功清洁覆盖有中等至薄薄的灰尘层的表面（纯度达到75-85％）。还值得注意的是，在进行的任何测试中，暴露于电子束的表面上电荷的积累均不会导致静电放电。
要更详尽地了解这项研究的细微差别，建议您查看科学家的报告。
结语
没有人能确定何时开始定居月亮的过程。但是科学家们正在竭尽全力解决未来殖民者可能面临的各种问题。
在这项工作中，考虑了月尘的问题，不断粘着并损坏掉落在她眼中的所有东西（当然是象征意义上的形象）。清洁方法非常简单，其中包括使用带电粉尘的电子束，该粉尘会导致粉尘彼此之间以及与表面的分离。
根据这项研究的作者所说，至少在价格和制造方便性方面，它们的清洁方案比美国宇航局目前正在积极开发的方案（即在太空服中引入特殊电极网络）要好得多。
也许有一天，登月者将在月球床上度过漫长的一天后，将通过一个特殊的气闸进入房舍，在该气闸中将安装一个电子束“淋浴器”，以清除灰尘。科学家们本身并不想停在这里，因为在实验过程中获得的纯度仅为85％。为了获得更高的性能，需要对系统进行改进，使其能够应对由极小颗粒组成的残留灰尘层。另外，科学家打算考虑在其开发中使用短波紫外线辐射的可能性。
周五顶峰：
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谢谢您的关注，请保持好奇，祝您周末愉快！:)
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