Impresión artística de astronautas en la superficie lunar como parte del programa Artemis. Fuente: NASA
El regolito lunar (o polvo lunar) es una seria amenaza para las misiones que se dirigen a la luna. Está en todas partes en la superficie, en algunos lugares a una profundidad de 5 a 10 metros (~16,5 a 33 pies), sin mencionar que es irregular y pegajoso. Durante las misiones Apolo, los astronautas aprendieron cómo este polvo se pegaba a todo, incluso a los trajes espaciales. Peor aún, sería rastreado hasta sus módulos lunares (LM), donde se adherirá a la superficie y causará estragos en los equipos electrónicos y mecánicos, e incluso provocará problemas respiratorios a largo plazo.
Este es el principal problema del programa Artemis, que pretende establecer un “programa permanente de exploración y desarrollo de la luna”. Uno de los elementos clave de este programa es Lunar Gateway, un hábitat lunar que orbitará la Luna durante 15 años planificados y facilitará misiones a largo plazo a la superficie. El efecto que tendrá el regolito introducido por los astronautas que regresan no se comprende bien. En un artículo reciente, un equipo de científicos dirigido por la NASA creó un modelo basado en la física para evaluar cómo el regolito puede afectar un hábitat a lo largo del tiempo.
El equipo estuvo dirigido por Ronald G. Lee, ingeniero aeroespacial jefe de una firma de consultoría y análisis con sede en Houston, y el contratista militar y gubernamental Booz Allen Hamilton. A él se unieron científicos del Centro Espacial Johnson de la NASA, el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA, el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial (ESTEC) de la ESA y la empresa de ingeniería con sede en Houston Jacobs Technology y el contratista aeroespacial Barrios Technology. Recientemente se ha publicado un artículo que describe su modelo. Acta Astronáutica.
Mientras que la mayoría de los meteoros que entran en la atmósfera de la Tierra se queman antes de llegar a la superficie, la Luna es un entorno sin aire. Como resultado, miles de millones de años de impacto pulverizaron la superficie, creando finas partículas de sílice. La falta de una atmósfera también significó que estas partículas no fueran erosionadas por el viento o la precipitación, dejándolas distorsionadas y dentadas. La interacción entre estas partículas y el plasma cargado de la corona solar (también conocido como viento solar) dejó el regolito cargado electrostáticamente, lo que provocó que se adhiriera a las superficies cargadas eléctricamente.
Este polvo causó numerosos problemas durante las misiones Apolo, incluidos problemas con el control térmico de las baterías del Vehículo de reconocimiento lunar (LRV) durante las misiones Apolo 16 y 17. Eugene Cernan, el comandante de la misión Apolo 17, llegó a decir que el regolito lunar es el mayor desafío para la exploración lunar. “Creo que el polvo es probablemente uno de nuestros mayores inhibidores de la operación lunar nominal”, dijo. “Creo que podemos superar otros problemas fisiológicos, físicos o mecánicos además del polvo”.
En los próximos años, el programa Artemis enviará astronautas a la Luna por primera vez desde el Apolo. Pero a diferencia de los aterrizajes tripulados anteriores, que dejaron varios experimentos científicos y “huellas y banderas”, el programa Artemis creará una infraestructura sostenible. Además del Lunar Gateway, los astronautas confiarán en Artemis Base Camp para las operaciones científicas de superficie. La ESA y China también tienen planes para una infraestructura lunar conocida como Lunar Village y la Estación Internacional de Investigación Lunar (ILRS), respectivamente.
Esto significa que muchas agencias espaciales y socios comerciales se lanzan hacia y desde la superficie, y los astronautas realizan actividades regulares fuera del vehículo (EVA). La cantidad de regolito lunar levantado y rastreado hacia vehículos y hábitats desgastará los trajes espaciales y los vehículos, siendo tan increíblemente abrasivo. También causará estragos en máquinas, sistemas de energía, sistemas de soporte vital y otros componentes vitales. También existen riesgos para la salud que el regolito aerotransportado representará para los astronautas, las tripulaciones comerciales y los turistas lunares.
La situación será mucho más complicada debido a la presencia de varios elementos de misión que interactúan. Como escribieron: “El desafío único para Gateway es que no resistirá una sola exposición al polvo lunar, como fue el caso con los módulos de comando y servicio de Apollo, durante su vida útil planificada de 15 años, pero uno para cada uno de varios misiones terrestres con Gates propuestas en la arquitectura Artemis. El exterior del Gateway y los vehículos de visitantes que se acoplan a él están cubiertos con sistemas críticos como paneles solares, calentadores, mecanismos y sellos de acoplamiento, conectores de transferencia de fluidos, antenas de comunicaciones, sistemas robóticos externos y cargas científicas”.
Afortunadamente, se han realizado muchos estudios desde las misiones Apolo para caracterizar las propiedades físicas del regolito lunar. A partir de esto, los investigadores concluyeron que la amenaza que representa el regolito lunar es dinámica y depende de la configuración, la posición (en relación con el sol) y el entorno de plasma de la nave espacial. En un estudio anterior, Lee y el coautor Gary L. Brown (Barrios Technology) desarrollaron un nuevo modelo para caracterizar la amenaza que representaba para Lunar Gateway, al que llamaron Gateway On-orbit Lunar Dust Modeling and Analysis Program (GOLDMAP) .
Usando este modelo, Lee, Brown y su equipo consideraron la arquitectura de la misión Artemisa y modelaron varios aspectos de la misma. Esto incluyó la carga ambiental y de naves espaciales utilizando la Especificación de diseño para entornos naturales (DSNE) de la NASA, el software de interacción de plasma de naves espaciales (SPIS) de código abierto y datos del Laboratorio de espejos del Observatorio Steward (SOML). Esto se combinó con un modelo de transporte de partículas dependiente del tiempo que utilizó el software Siemens STAR-CCM para caracterizar la dinámica de fluidos.
A partir de esto, llegaron a varias conclusiones con respecto al Gateway y la posible contaminación por parte de los astronautas que llegan y salen con el Sistema de aterrizaje humano (HLS). Como escribieron los científicos: “Durante las misiones a la superficie lunar, los componentes del vehículo HLS probablemente estarán expuestos a la contaminación por pequeñas partículas de regolito lunar en la superficie lunar, tanto debido a fenómenos naturales como la elevación electrostática y la levitación a varios metros sobre el nivel del mar”. superficie lunar. e impactos de micrometeoritos, que tanto la experimentación como el modelado han demostrado que contribuyen a las poblaciones de polvo cerca de la superficie y a gran altitud, y a la actividad humana en la superficie, incluida la PSI de los motores a reacción durante el descenso y el ascenso.
En base a esto, está claro que Lunar Gateway, un centro para la futura exploración y desarrollo de la Luna, será vulnerable a la transferencia de polvo. Por lo tanto, también existe una clara necesidad de desinfectantes para los astronautas que regresan de la superficie lunar. Mirando hacia el futuro, Lee y sus colegas enfatizan que la validación del modelo es necesaria mediante experimentos de laboratorio dirigidos por expertos y científicos de la NASA. También recomiendan futuras cargas útiles de detección de polvo en órbita y recolección de polvo fuera de la puerta de enlace.
Los resultados de estos experimentos ayudarán a los planificadores de operaciones y misiones de la NASA a bordo del Gateway a medida que se desarrolla el programa Artemis. Es probable que esto también afecte las pautas futuras y las “mejores prácticas” para operar en la superficie lunar.