Как собирать газы на Луне и в космосе?

Атмосфера Луны очень разреженная и обычно считается вакуумной . Но если вы действительно хотите собрать разреженные молекулы и атомы, находящиеся поблизости или даже в глубоком космосе, у вас может быть два подхода:

Если вы находитесь в движении, например, на орбите вокруг Луны, вы можете использовать «впуск», как тот, который используется в воздушно-реактивных электрических двигателях или прямоточных воздушно-реактивных двигателях Bussard . На изображении ниже показана тестовая установка воздухозаборника , разработанного ЕКА и SITAEL для воздушно-реактивного электрического двигателя.

$\hskip1.7in$

Если вам нужно статическое решение, вы можете использовать одну из концепций молекулярно- вакуумного насоса , не требующую конвекции, например:

• Крионасос :

  Крионасос или «криогенный насос» — это вакуумный насос, который улавливает газы и пары, конденсируя их на холодной поверхности (...)

• Турбомолекулярный насос :

  Эти насосы работают по принципу, согласно которому молекулам газа можно придать импульс в нужном направлении за счет повторяющихся столкновений с движущейся твердой поверхностью.

• Диффузионный насос :

  (...) использовать высокоскоростную струю пара, чтобы направить молекулы газа в горловине насоса вниз, в нижнюю часть насоса и в выхлоп.

• Геттер :

  Геттер представляет собой осадок реактивного материала, который помещается внутрь вакуумной системы с целью создания и поддержания вакуума. Когда молекулы газа ударяются о геттерный материал, они соединяются с ним химически или путем абсорбции. Таким образом геттер удаляет небольшие количества газа из откачиваемого пространства.

или даже

• Ионный насос :

  Ионный насос ионизирует газ внутри сосуда, к которому он прикреплен, и использует сильный электрический потенциал, обычно 3–7 кВ, который позволяет ионам ускоряться и захватываться твердым электродом и его остатком.

После использования одного из этих устройств вы можете перенаправить поток газа в контейнер или предложить какую-либо систему для сбора конденсированного материала, например, из крионасоса. Конечно, есть много других устройств, способных производить этот захват частиц, и я привел здесь лишь некоторые из них, чтобы дать вам некоторое представление!

Если вы хотите изучать газы на планете или в почти вакууме:

Масс-спектрометр .

Основное преимущество масс-спектрометра (МС) заключается в том, что он может регистрировать очень маленькие порции газа/плазмы. Также идеально подходит для этого вакуум или почти вакуум - на Земле у МС есть вакуумный насос, чтобы он работал.

Очень многие космические аппараты имели МС, часто даже два и более специализированных масс-спектрометра.

Примеры:

У Кассини было два

1. Ионный и нейтральный масс-спектрометр (INMS)

2. Плазменный спектрометр Кассини (CAPS)

У Юноны двое

1. Юпитерианский эксперимент по распределению полярных сияний (JADE) для низкоэнергетических частиц

2. Детектор энергетических частиц Юпитера (JEDI) для частиц высоких энергий

Миссия MMS, изучающая магнитосферу Земли, имеет еще больше:

Набор Hot Plasma Suite измеряет количество частиц плазмы, направления и энергию во время повторного подключения. Он состоит из двух инструментов:

Fast Plasma Investigation (FPI), набор из четырех двойных электронных спектрометров и четырех двойных ионных спектрометров. Анализатор состава горячей плазмы (HPCA) определяет скорость частиц, чтобы определить их массу и тип. Комплект Energetic Particles Detector Suite обнаруживает частицы с энергией, намного превышающей энергию, обнаруженную комплектом Hot Plasma. Он состоит из двух инструментов:

Датчик энергетических частиц Fly's Eye (FEEPS), набор кремниевых твердотельных детекторов для измерения энергии электронов. Между двумя FEEPS на космический корабль отдельные детекторы расположены так, чтобы одновременно обеспечивать 18 различных углов обзора; отсюда и термин «глаз мухи». Спектрометр энергичных ионов (EIS) измеряет энергию и общую скорость обнаруженных ионов, чтобы определить их массу. EIS может обнаруживать ионы гелия и кислорода при энергиях выше, чем у HPCA.

Несколько специализированных масс-спектрометров лучше, чем один «универсальный» спектрометр. Улавливаемые частицы самые разные - нейтральные атомы и молекулы, тяжелые ионы, легкие ионы, электроны. Они также могут быть медленными и быстрыми (даже при относительной скорости).