DUSTER-project betekent een stap vooruit in de aanpak van het maanstofprobleem

Het DUSTER-project is in juni officieel en met succes afgerond, maar misschien niet voor lang. Dit tweejarige project, geleid door een consortium van Belgische, Franse en Spaanse laboratoria en instituten, is erin geslaagd een prototype-instrument te ontwikkelen om het gedrag en de elektrostatische lading van maanstof te bestuderen voor toekomstige maanmissies. De DUSTER-technologie kan aanvullende gegevens leveren aan andere soorten instrumenten die al zijn ontwikkeld om verschillende eigenschappen van maanstof te meten. Dit maakt het een veelbelovende kandidaat voor toekomstige missies, zoals het “AstroLEAP”-project van ESA. Met AstroLEAP zal een reeks instrumenten in situ metingen uitvoeren om de complexe interacties en dynamiek van het maanoppervlak met bijvoorbeeld zonnestraling, stof, plasma, energetische deeltjes, meteorieten en de exosfeer te kwantificeren en te begrijpen.

Wat is het probleem?

Het gevaar van maanstof is drieledig:

1. De deeltjes zijn extreem klein en worden nauwelijks vastgehouden door het zwakke zwaartekrachtveld van de maan.
2. Het stof wordt elektrostatisch geladen door UV-straling en röntgenstraling van de zon, waardoor het aan de meeste oppervlakken blijft kleven.
3. Maanstof wordt niet geërodeerd omdat er geen atmosfeer of vloeiend water is, en is daardoor extreem scherp en schurend.

Voeg deze drie factoren samen en je krijgt zeer vluchtig en kleverig stof dat doordringt in de kleinste kieren van instrumenten, apparatuur en menselijke lichamen, en door zijn extreme scherpte schade veroorzaakt en zowel onbemande als bemande missies in gevaar brengt. Je kunt meer over dit onderwerp lezen in het artikel "DUSTER: De geheimen achter maanstof” of in een leuke animatie beschkbaar hieronder :

Dit is niet alleen een probleem op de maan. Stof van deze aard zal aanwezig zijn op elk vast lichaam – binnen of buiten het zonnestelsel – dat wordt blootgesteld aan aanzienlijke UV-straling, kosmische straling en meteorietinslagen vanwege het ontbreken van een beschermende atmosfeer. Technologie zoals die is ontwikkeld tijdens het DUSTER-project kan dus helpen bij elke missie die bedoeld is om een luchtloos hemellichaam te bestuderen. Denk aan asteroïden, kometen, de meeste manen en zelfs sommige planeten.

DUSTER’s voorgestelde oplossing

Door zijn elektrostatische lading is maanstof uiterst moeilijk te verwijderen. Het kan niet worden weggeveegd of gestofzuigd. De enige mogelijkheden zijn het gebruik van een soort antikleefcoating op apparatuur of... het gebruik van precies de tegenovergestelde lading van het stof om het weg te trekken van kwetsbare systemen. Het probleem is dat het elektrische potentieel dat nodig is om een stofdeeltje te verplaatsen sterk kan variëren, afhankelijk van de regio, de lokale topologie, de positie van de maan rond de baan van de aarde of het tijdstip van de maan-dag (stofdeeltjes zijn meestal positief geladen aan de dagzijde en negatief geladen aan de nachtzijde).

Daarom hebben de verschillende teams van het DUSTER-project samengewerkt om een instrument te ontwerpen, bouwen en testen dat in staat is om de verschillende eigenschappen te meten die nodig zijn om de lading en het gedrag van het stof te begrijpen. Dit gebeurt met behulp van 3 sondes:

1. Een Langmuir-sonde, die verschillende kenmerken van het plasma op het maanoppervlak meet, zoals de temperatuur en dichtheid van de elektronen, alsook de dichtheid van ionen.
2. Een elektrisch veldsonde om het gelijkstroomveld net boven het maanoppervlak te meten
3. Een stofverzamelaarssonde, die gepolariseerd is bij een hoge spanning (tussen -5000 volt en +5000 volt) om het stof aan te trekken en de stroom te meten die het gevolg is van de beweging van de geladen stofdeeltjes in de Faraday-beker

Door de gegevens van de drie sondes samen te voegen, kunnen we het elektrische veld bepalen dat nodig is om stof aan te trekken/te verzamelen, als functie van de lokale omgevingsomstandigheden (verlichting, plasmadichtheid en temperatuur, enz.). Met deze informatie zouden toekomstige missies elektrostatische stofbeperkende apparaten en stofmonsterverzamelaars kunnen ontwerpen voor een breed scala aan omgevingen (Maan, Mars, komeet of asteroïde).

Wie heeft wat gedaan?

BIRA (België): ontwerp van de elektronica van de drie sondes, de hoogspanningsvoeding en fabricage van twee sondes (Langmuir en elektrisch veld).

ONERA (Frankrijk): ontwikkeling van de stofsonde en leiding van de tests in een vacuümkamer die de maanomgeving simuleert.

IAA-CSIC (Spanje): ontwikkeling van de centrale verwerkingseenheid, de laagspanningsvoeding, de kabels en het mechanische en thermische ontwerp van de elektronische behuizing.

En…het werkt!

We zijn verheugd te kunnen melden dat alle doelstellingen van het DUSTER-project prachtig zijn verwezenlijkt! We beschikken nu over een breadboard-instrument dat de elektrische eigenschappen en het gedrag van maanstof kan meten en zo informatie verschaft over mogelijke methoden die kunnen worden gebruikt om apparatuur en mensen tijdens toekomstige missies te beschermen. Het DUSTER-instrument, dat is ontworpen om het stof waaruit het maanoppervlak bestaat (de regoliet) te bestuderen, vormt een aanvulling op andere bestaande instrumenten die gericht zijn op kosmisch stof en reeds opgewaaid stof.

En het avontuur van DUSTER houdt daar misschien nog niet op: het instrument is nu voorgedragen als kandidaat voor het AstroLEAP-project van het Europees Ruimteagentschap, een payload bestaande uit verschillende instrumenten die de vele facetten van de maanoppervlakte kunnen verkennen.

Gefinancierd door het HORIZON-programma voor onderzoek en innovatie van de Europese Unie in het kader van subsidieovereenkomst nr. 101082466. De geuite standpunten en meningen zijn echter uitsluitend die van de auteur(s) en geven niet noodzakelijkerwijs de standpunten en meningen van de Europese Unie of de subsidieverstrekkende instantie weer. Noch de Europese Unie, noch de subsidieverstrekkende instantie kan hiervoor verantwoordelijk worden gehouden.