Para citar Jim Reuter, administrador associado da NASA, enviar missões tripuladas a Marte até 2040 é um “objetivo audacioso”. Os desafios incluem a distância envolvida, que pode levar até seis meses para ser percorrida usando métodos de propulsão convencionais. Depois, há o perigo representado pela radiação, que inclui o aumento da exposição a partículas solares, explosões e raios cósmicos galácticos (GCRs). E há também o tempo que as tripulações passarão em microgravidade durante os trânsitos, o que pode causar sérios danos à saúde, à fisiologia e à psicologia humanas.

Mas e os desafios de viver e trabalhar em Marte durante vários meses seguidos? Embora a radiação elevada e a gravidade mais baixa sejam uma preocupação, o regolito marciano também o é. Tal como o regolito lunar, a poeira em Marte aderirá aos fatos espaciais dos astronautas e causará desgaste nos seus equipamentos. No entanto, também contém partículas nocivas que devem ser removidas para evitar a contaminação dos habitats. Num estudo recente, uma equipe de engenheiros aeroespaciais testou um novo sistema eletrostático para remover o regolito marciano de trajes espaciais que poderia potencialmente remover poeira prejudicial com até 98% de eficiência.

O novo sistema foi projetado por Benjamim M. Griggs e Lucinda Berthoud, estudante de mestrado em engenharia e professor de Engenharia de Sistemas Espaciais (respectivamente) no Departamento de Engenharia Aeroespacial da Universidade de Bristol, Reino Unido. O artigo que descreve o sistema e o processo de verificação apareceu recentemente na revista Acta Astronáutica. Conforme explicam, o Sistema de Remoção Eletrostática (ERS) que eles propõem utiliza o fenômeno da dieletroforese (DEP) para remover a poeira marciana dos tecidos dos trajes espaciais.

A poeira voa dos pneus de um buggy lunar, dirigido pelo astronauta da Apollo 17, Gene Cernan. Essas “caudas de galo” de poeira causavam problemas. Crédito: NASA

Muito parecido com o seu homólogo lunar, espera-se que o regolito marciano seja carregado eletrostaticamente devido à exposição à radiação cósmica. Mas em Marte, há também a contribuição de redemoinhos e tempestades, que são conhecidos por gerar descargas eletrostáticas (também conhecidas como relâmpagos). Durante as missões Apollo, os astronautas relataram como o regolito lunar aderiria aos seus trajes e seria rastreado de volta aos seus Módulos Lunares. Uma vez lá dentro, ele grudaria em tudo e entraria nos olhos e nos pulmões, causando irritação e problemas respiratórios.

Dados os seus planos de devolver astronautas à Lua através do Programa Artemis, a NASA está a investigar vários métodos para evitar que o regolito entre nos módulos habitacionais – como tecnologia de revestimento para fatos espaciais e feixes de eletrões para os limpar. Embora se espere que a poeira marciana cause desgaste semelhante aos trajes espaciais, a situação é agravada porque pode conter partículas tóxicas. Como Griggs explicou ao Universe Today por e-mail:

“Além de ter um efeito abrasivo nos próprios trajes espaciais, espera-se que o regolito marciano também apresente problemas de saúde aos astronautas. Sabe-se que contém uma série de partículas nocivas que podem ser cancerígenas ou causar problemas respiratórios, e dados do Missão de desbravador mostrou a presença de partículas tóxicas como o cromo. O regolito marciano exigirá, portanto, a remoção dos trajes espaciais antes da entrada nas zonas habitacionais de Marte para evitar o contato entre os astronautas e as partículas de regolito.”

O princípio por trás do dispositivo, a dieletroforese (DEP), refere-se ao movimento de partículas neutras quando submetidas a um campo elétrico não uniforme. O Sistema de Remoção Eletrostática (ERS) proposto compreende dois componentes: um Gerador de Forma de Onda de Alta Tensão (HVWG) usado para produzir ondas quadradas de frequências e amplitudes variadas de até 1000 volts e um Dispositivo de Remoção Eletrostática (ERD) que consiste em um conjunto de eletrodos de cobre paralelos. . Quando as ondas quadradas são aplicadas através dos eletrodos do ERD, um campo elétrico grande e variável é gerado. Como Griggs resumiu:

“Portanto, quando partículas de poeira incidem na superfície do ERD, as partículas de poeira são deslocadas através de uma combinação de forças eletrostáticas e dieletroforéticas (devido ao grande campo elétrico), que atua sobre partículas carregadas e não carregadas, respectivamente, dentro da poeira. Isso atua para deslocar as partículas de poeira em uma direção perpendicular aos eletrodos, resultando na limpeza da superfície do ERD.”

Microesferóides contendo principalmente alumínio e cloro crescem sobre a superfície mineral do regolito sintético de Marte. Crédito: Tetyana Milojevic

Para avaliar o desempenho do sistema proposto, Griggs e o Prof. Berthoud desenvolveram um experimento para investigar diversas variáveis-chave. Isto incluiu a frequência e amplitude das ondas quadradas, o espaçamento entre os eletrodos, a inclinação da superfície do ERD, a distância entre os eletrodos e a camada de poeira e o material da superfície da qual a poeira é removida. O primeiro passo foi produzir modelos analíticos, o que era uma tarefa extremamente complexa para este sistema, e os modelos numéricos anteriores não eram particularmente úteis.

“Para este trabalho, um modelo mais simples foi derivado usando a lei de Couloumb e a lei da dieletroforese para uma previsão preliminar do efeito de parâmetros incluindo a amplitude da onda quadrada, espaçamento entre eletrodos e separação poeira-eletrodo (a distância real entre os eletrodos e as partículas de poeira que eles agem para remover) no desempenho do sistema”, disse Griggs. O próximo passo foi preparar um experimento que quantificasse o desempenho e comportamento ideais do sistema proposto e medisse seus efeitos. Como Griggs descreveu:

“Duas métricas foram desenvolvidas para quantificar e comparar o desempenho do sistema durante os testes: desempenho de limpeza (% da superfície que estava limpa não continha partículas de poeira) e taxa de limpeza (uma taxa normalizada de limpeza com base no tempo necessário para passar de 5 % a 60% do desempenho de compensação final). Uma ampla gama de parâmetros foi explorada experimentalmente, incluindo a frequência e amplitude da onda quadrada aplicada através dos eletrodos. O sistema foi então aplicado para remover a poeira da camada externa dos trajes espaciais, integrando uma camada de tecido Ortho (a camada externa dos trajes espaciais) entre o sistema e uma camada de partículas de poeira.”

A partir dos seus testes, descobriram que o sistema alcançou um desempenho de limpeza ideal de 98% quando integrado diretamente abaixo de uma camada de partículas de poeira. No entanto, isto caiu significativamente quando a camada externa foi introduzida devido ao aumento da distância entre o sistema e as partículas de poeira. Como resultado, concluem que este sistema provavelmente precisaria ser integrado diretamente na camada externa dos trajes espaciais para aumentar o desempenho, possivelmente tecido no próprio tecido. O sistema oferece um método não abrasivo para remoção de poeira, que é essencial para futuras missões a Marte.

Um recente redemoinho de poeira em Marte capturado pela câmera High Resolution Imaging Experiment (HiRISE) da NASA. Crédito: NASA/JPL-Caltech/UArizona

No entanto, como resumiu Griggs, são necessários mais refinamentos antes que a tecnologia possa ser usada em missões futuras. Além disso, os benefícios potenciais vão além da saúde dos astronautas e da remoção de poeira dos trajes espaciais:

“Este conceito já foi explorado com sucesso, embora pela sua própria natureza comprometa a integridade da camada externa do traje espacial. A tecnologia, portanto, requer refinamento antes da aplicação em futuras missões a Marte. A tecnologia fornece uma alternativa adequada aos métodos mecânicos de remoção de poeira usados ​​nas missões Apollo de curta duração (escovação e aspiração), que são inadequados para missões marcianas mais longas devido ao seu efeito abrasivo nos trajes espaciais. É, portanto, também uma tecnologia muito promissora para a remoção de poeira noutras aplicações, como a remoção de poeira de painéis solares ou dispositivos ópticos, que será essencial em futuras missões a Marte.”

Leitura adicional: Acta Astronáutica

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