借助 X 射线荧光分析应对月球尘埃： NASA 对清洁太空探索的追求

随着人类准备通过阿尔忒弥斯计划重返月球，一个“尘埃”般艰巨的挑战再次出现，对任务的成功构成严重威胁： 月球尘埃 在 Evident Scientific 主办的最新一期 Inspection 360 网络研讨会上，NASA 约翰逊航天中心的航天技术专家 Josh Litofsky 博士分享了便携式 X 射线荧光（XRF）技术如何被适应用于测量和缓解这一长期存在的问题的见解。

月尘为何重要

月尘不仅仅是尘土——它是一种独特的、超细的、锯齿状的物质，会附着在所有物体上。 阿波罗任务期间，宇航员报告了眼睛和皮肤刺激、关节和密封件堵塞，以及宇航服和设备满是月尘等问题。 月球尘埃带有静电，具有磨蚀性，并且无处不在——这使其对宇航员健康、飞行器正常运行和任务可靠性来说是麻烦，也是危险。

但是，你如何量化那些难以看见或去除的东西？

测量问题

使用实际的月球尘埃进行测试受到限制——NASA 只有从阿波罗计划带回的数百公斤样本。 因此，研究人员依赖于“月球模拟物”——用地球材料制成、模仿月球风化层的材料——来测试新的防尘策略。

其中最大的挑战之一是如何测量清洁工作后残留的灰尘量——尤其是在宇航服和航天器等大型或不规则表面上。

XRF 技术助力解决难题

Litofsky博士的研究探索了一种解决方案： 使用便携式 XRF 分析仪直接量化表面上的灰尘，无需将其去除。 XRF 设备传统上用于废金属分拣和采矿应用，它坚固耐用，即使戴着手套也能轻松操作，并能提供近乎即时的元素分析。

通过聚焦于示踪元素（如钛或钙），这些元素在月球尘埃中丰富，而在宇航服或航天器材料中不常见，团队开发了一种利用XRF估算尘埃负载量（单位面积质量）的方法。

他们通过以下方式验证了该方法：

·       制备已知月尘浓度的校准样品

·       扫描宇航服手套、靴子、太阳能电池板和车辆部件。

·       生成热图，显示清洁前后表尘埃浓度。

结果显示，XRF读数与实际尘埃量之间具有极好的相关性，优于传统的基于重量的方法——尤其是在大型、不规则物品上。

在月球和火星的未来展望

这种 XRF 方法虽然是针对阿尔忒弥斯任务开发的，但也可以适用于火星及其他行星表面，尽管这些行星表面的尘埃成分不同，问题依然存在。 它能够实现快速、即按即测地评估清洁技术是否有效，无需移除尘埃或运输样品。

下一步

Litofsky 博士强调了接下来的两个目标：

1. 将该方法规范化，以确保其可靠性、可重复性，并且任何操作人员都能使用——即使是在月球表面。
2. 改造 XRF 硬件以使其能够承受太空的极端条件： 真空、寒冷、辐射和低重力。

NASA 也在致力于将这项技术转变为决策辅助工具——为粉尘水平设定通过/不通过阈值，并推动硬件研发，以确保任务关键系统保持清洁和正常运行。

结语

正如Litofsky博士所说：“这种技术并不能去除尘埃——它只是告诉你清洁是否有效。”而在另一个星球上保护宇航员和数百万美元设备时，这样的信息至关重要，绝不能忽视。

*本报告中所提及的商用名称仅用于标识。 这些名称的使用并不代表美国国家航空航天局的官方认可，无论明示或暗示。