¿Cómo recolectar gases en la Luna y en el espacio?

La atmósfera de la luna es muy enrarecida, y se suele considerar como de vacío . Pero si realmente desea recopilar las moléculas y los átomos dispersos presentes en su vecindad o incluso en el espacio profundo, podría tener dos enfoques:

Si está en movimiento, por ejemplo en órbita alrededor de la luna, podría usar una "entrada" como la que se emplea en la Propulsión eléctrica por respiración de aire o en el Estatorreactor Bussard . La siguiente imagen muestra la configuración de prueba de una toma desarrollada por ESA y SITAEL para un propulsor eléctrico de respiración de aire.

$\hskip1.7in$

Si desea una solución estática, puede usar uno de los conceptos de bombas de vacío moleculares que no requieren convección, como:

• Criobomba :

  Una criobomba o una "bomba criogénica" es una bomba de vacío que atrapa gases y vapores condensándolos en una superficie fría (...)

• bomba turbomolecular :

  Estas bombas funcionan según el principio de que a las moléculas de gas se les puede dar impulso en la dirección deseada mediante colisiones repetidas con una superficie sólida en movimiento.

• Bomba de difusión :

  (...) usar un chorro de vapor de alta velocidad para dirigir las moléculas de gas en la garganta de la bomba hacia el fondo de la bomba y salir por el escape.

• captador :

  Un getter es un depósito de material reactivo que se coloca dentro de un sistema de vacío, con el fin de completar y mantener el vacío. Cuando las moléculas de gas golpean el material getter, se combinan con él químicamente o por absorción. Así, el captador elimina pequeñas cantidades de gas del espacio evacuado.

o incluso un

• bomba de iones :

  Una bomba de iones ioniza el gas dentro del recipiente al que está conectada y emplea un fuerte potencial eléctrico, generalmente de 3 a 7 kV, lo que permite que los iones se aceleren y sean capturados por un electrodo sólido y su residuo.

Después de utilizar uno de estos dispositivos se podría redirigir el flujo de gas a un recipiente o proponer algún sistema para recoger el material condensado de la Cryopump, por ejemplo. Por supuesto, hay muchos otros dispositivos capaces de realizar esta captura de partículas, ¡y cité aquí solo algunos de ellos para darte algunas ideas!

Si desea estudiar los gases en un planeta o en el vacío cercano:

espectrómetro de masas .

La principal ventaja del espectrómetro de masas (MS) es que puede registrar porciones muy pequeñas de gas/plasma. También el vacío o casi vacío es ideal para ello: en la Tierra, los MS tienen una bomba de vacío para que funcionen.

Muchas naves espaciales tenían MS, a menudo incluso dos o más espectrómetros de masas especializados.

Ejemplos:

Cassini tenía dos

1. Espectrómetro de iones y masas neutras (INMS)

2. Espectrómetro de plasma Cassini (CAPS)

Juno tiene dos

1. Experimento Joviano de Distribuciones Aurorales (JADE) para partículas de baja energía

2. Instrumento detector de partículas energéticas de Júpiter (JEDI) para partículas de alta energía

La misión MMS que estudia la magnetosfera de la Tierra tiene aún más:

Hot Plasma Suite mide el conteo, la dirección y la energía de las partículas de plasma durante la reconexión. Consta de dos instrumentos:

Fast Plasma Investigation (FPI), un conjunto de cuatro espectrómetros de electrones duales y cuatro espectrómetros de iones duales. El analizador de composición de plasma caliente (HPCA), detecta la velocidad de las partículas para determinar su masa y tipo. El Conjunto de Detectores de Partículas Energéticas detecta partículas a energías muy superiores a las detectadas por el Conjunto de Plasma Caliente. Consta de dos instrumentos:

Sensor de partículas energéticas Fly's Eye (FEEPS), un conjunto de detectores de estado sólido de silicio para medir la energía de los electrones. Entre dos FEEPS por nave espacial, los detectores individuales están dispuestos para proporcionar 18 ángulos de visión diferentes simultáneamente; de ahí el término "ojo de mosca". Espectrómetro de iones energéticos (EIS), mide la energía y la velocidad total de los iones detectados para determinar su masa. El EIS puede detectar iones de helio y oxígeno a energías superiores a las del HPCA.

Varios espectrómetros de masas especializados son mejores que un espectrómetro de "todo tipo". Las partículas atrapadas son muy diferentes: átomos y moléculas neutros, iones pesados, iones ligeros, electrones. También pueden ser lentos y rápidos (incluso a una velocidad relativista).