Pozor! Používáte zastaralý prohlížeč, stránka se nemusí zobrazovat správně. Aktualizujte jej a zlepšete tak svůj uživatelský zážitek.

Matfyz.cz

Aktualita z fyziky: „Plazmové koště“ bude uklízet na Marsu

Nové zařízení by mělo odstraňovat prach usazený na solárních panelech vesmírných sond (obrázek: NASA/JPL)

Rumunští fyzici vymysleli nový „zlepšovák“, který by mohl ulehčit výzkum rudé planety. Vyvinuli speciální „koště“, které na Marsu dokáže odstraňovat prach usazený na vědecké aparatuře.

Mars je naším nejbližším planetárním sousedem a lidstvo odedávna fascinuje. Abychom se o něm dověděli co nejvíce, vysílá se k němu řada sond. V současné době na jeho povrchu operují dvě zařízení. Jsou to planetární sondy Curiosity a Opportunity americké NASA. Na Marsu je také sonda Spirit, která však se Zemí ztratila kontakt.

Prostředí Marsu je zcela jiné než na Zemi a největší překážku pro práci výzkumných sond představuje prach. Jemné prachové částice, jejichž rozměry jsou od zlomku mikrometru až po stovky mikrometrů, jsou na Marsu všudypřítomné. Planetární vítr zanáší prach na dlouhé vzdálenosti a ukládá ho do vrstev na exponovaných místech stejným mechanismem, jako se to děje na Zemi při vzniku pouští. Nánosy mohou výzkumným sondám způsobovat řadu problémů. Nejenže prach znemožňuje činnost optických detektorů a kamer, snižuje také výkon solárních článků, které jsou zdrojem energie. Ty nejjemnější částice navíc pronikají do různých zařízení a mohou způsobit velké problémy všem jejich pohyblivým částem.

Zatím neexistoval způsob, jak tyto částice z povrchů přístrojů odstranit. Prach je na nich totiž pevně přilepen buď elektricky, v důsledku vysokých hodnot elektrického pole při bouřích, nebo v důsledku chemického složení. Kvůli vysokému obsahu železa se prach snadno magnetizuje, a tak ho u povrchu drží magnetické pole.

Vědci z NASA a dalších organizací v minulosti vyvinuli tzv. elektromagnetické prachové stínění. Ochranu před prachem měla zajistit mřížka natištěná na površích zařízení. Ta byla spojená se zdrojem elektrického napětí a elektrické pole pak částečky prachu jednoduše odpuzovalo. Problém však vznikal s většími částečkami, které měly vyšší hmotnost. I když byly elektricky nabité, bylo velmi obtížné přesunout je alespoň několik centimetrů pryč od příslušného povrchu.

Takzvané „plazmové koště“, které teď vyvinuli rumunští fyzici, používá svazky plazmových paprsků produkovaných jednoduchým plazmovým urychlovačem. Představte si dvě elektrody tvořené deskami, mezi nimiž je řídký plyn. Když mezi elektrodami prochází silný proud, plyn v důsledku rozdílu napětí mezi deskami ionizuje a vytváří se plazma. V novém zařízení je to zajištěno pomocí koaxiální trubice. Dvě kovové elektrody jsou uspořádány tak, že vnitřní tyčová elektroda je umístěna uvnitř duté válcovité obálky. Vybíjecí proud, který teče středovou tyčovou elektrodou, produkuje magnetické pole, které spolu s elektrickým polem vyvíjí na ionizovaný plyn Lorentzovu sílu a odpuzuje ho. Magnetickým polem způsobená Lorentzova síla mění směr pohybu nabité částice, aniž by působila změnu velikosti její rychlosti. Potíž je v tom, že je zapotřebí skutečně vysoký proud, aby se vytvořilo dostatečně vysoké magnetické pole, a toho může být dosaženo nejlépe v pulzním provozu. Pro zlomky sekundy (100 mikrosekund) je proud velmi vysoký (až několik kiloampér) a síla, která plazma tlačí, je velká. Během pulzu je plazma vytlačováno vysokou rychlostí (až několik kilometrů za sekundu), takže může jednoduše odfouknout prach z plochy, jež je dva až čtyřikrát větší, než je průměr trysky.

Výhodou plazmového koštěte je to, že jako plyn mezi elektrodami užívá CO2 o nízkém tlaku. To je zvlášť užitečné pro činnost na Marsu, kde je atmosférický tlak 150krát nižší než na Zemi a atmosféra je z 96 % tvořena právě oxidem uhličitým. Přístroj tak může pracovat v otevřené atmosféře, aniž by potřeboval pumpu nebo plynovou bombu.

Fyzici spočítali i to, kolik jejich zařízení ke své činnosti potřebuje energie. Spotřeba energie se podle nich pohybuje mezi několika setinami a několika tisícinami joulu na pulz. Závisí to na napětí, při kterém plazmové dělo pracuje. Ukázalo se, že je možné denně provést několik výstřelů plazmy, a čistit tak solární panely, čímž se podstatně zvýší jejich výkon a současně i rychlost produkce energie. Test výkonu přístroje vědci provedli na Zemi tak, že fotovoltaické články (které měly plochu 26,85 cm2) pokryli hnědým práškem z vulkanického prachu s částicemi o rozměrech až 1 mm. Plazmové dělo bylo umístěno 5 – 11,5 cm od zkoumaného povrchu a pálilo každé dvě minuty. Fyzici zjistili, že plazmové koště je schopno odstranit více než 90 % prachu pokrývajícího desítky čtverečních centimetrů plochy po několika výstřelech.

Fyzici teď chtějí vyvinout mechanismus, jak odstraňovat prach z přístrojů také jinde než jen na Marsu, například na Měsíci. Ten však nemá atmosféru, takže místo plazmového paprsku budou vědci testovat slabý elektronový paprsek.

Původní práce byla uveřejněna v New Journal of Physics.


Mohlo by vás zajímat:

Ozářený materiál má strukturu jako kapalina
Kamera s grafenem a kvantovými tečkami
Nové zařízení pro detekování miniaturních sil
Vědci vyvinuli nový způsob, jak sledovat objekty zahalené v mlze

Kompletní archiv Aktualit z fyziky

Další obrázky
comments powered by Disqus

Matfyz.cz

Univerzita Karlova
Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3
121 16  Praha 2
IČ: 00216208
DIČ: CZ00216208
web fakulty
studuj na Matfyzu
e-shop