Medir el polvo lunar para combatir la contaminación del aire

El polvo lunar no es como ese que se acumula en una estantería o sobra las mesas: es ubicuo y abrasivo, y se adhiere a todo. Es tan malo que incluso rompió la aspiradora que la NASA diseñó para limpiar el polvo lunar de los trajes espaciales de Apolo.

Con el regreso de la NASA a la Luna y su órbita, será necesario lidiar con el polvo, que también es peligroso para las personas. El primer paso es saber cuánto hay en un momento dado. Los esfuerzos para hacer precisamente eso ya están dando sus frutos en la Tierra, en el contexto de la lucha contra la contaminación del aire.

Las misiones Apolo tuvieron dificultades para manejar el daño causado por el polvo lunar. Este atascó las cámaras de foto y video, y rayó tanto las viseras de los cascos que los astronautas tuvieron dificultades para ver. Durante la misión Apolo 17, el astronauta Harrison Schmitt describió su reacción al respirar el polvo como "fiebre del heno por polvo lunar", experimentando estornudos, ojos llorosos y dolor de garganta. Los síntomas desaparecieron, pero la preocupación por la salud humana es una fuerza que impulsa la extensa investigación de la NASA de todas las formas de suelo lunar, llamado regolito.

Los tejidos sensibles como los pulmones y las córneas pueden ser dañados por el polvo lunar atrapado dentro de un hábitat. Si bien la filtración de aire puede eliminar una gran cantidad de partículas diminutas, es necesario un sensor de calidad del aire para garantizar que los controles sean efectivos.

Este fue uno de los enfoques del programa de la NASA Próximas tecnologías espaciales para asociaciones de exploración, o NextSTEP. A través de NextSTEP, la agencia emitió una serie de documentos que detallan las necesidades específicas para una futura vivienda lunar e invitan a la industria privada a ayudar a superar los obstáculos para futuras misiones lunares. Una de estas necesidades era la revitalización y el monitoreo del aire, incluida una forma de medir el polvo lunar en la superficie y los hábitats en órbita.

Lunar Outpost Inc. se fundó en Denver en 2017 con el objetivo de desarrollar tecnologías para la exploración lunar y luego adaptarlas para su uso en la Tierra. Basándose en las especificaciones establecidas en los documentos de NextSTEP, la compañía desarrolló un sensor de calidad del aire que llamó Space Canary.

Lunar Outpost ofreció el sensor a Lockheed Martin Space, que fue una de las varias empresas que pujó con éxito por una asociación público-privada de NextSTEP para construir prototipos de hábitat de órbita lunar para realizar pruebas. Lockheed estuvo de acuerdo, incorporando a Lunar Outpost como colaborador para ajustar Space Canary a las necesidades de la NASA.

Una vez que el dispositivo se integró en el sistema de control ambiental, brindó distintas ventajas sobre los equipos tradicionales. Con el nombre de Canary-S (Solar), ahora satisface una necesidad de monitoreo meteorológico y de calidad del aire inalámbrico y de bajo costo en este planeta.

Todo comienza con el polvo

Aquí en la Tierra, el material particulado es una forma de contaminación del aire generada por incendios forestales, erupciones volcánicas y quema de combustibles fósiles, entre otros procesos. Las partículas, una mezcla de líquido y sólido, son diminutas, mucho más pequeñas que un grano de arena. Este tipo de contaminación causa innumerables problemas de salud, incluidos problemas respiratorios y cardiovasculares, y contribuye a numerosos problemas ambientales, incluido el cambio climático.

El material particulado fuera de este mundo podría presentar similares riesgos para la salud. Y los sistemas mecánicos diseñados para proteger a los astronautas, como la filtración de aire, pueden resultar dañados por la naturaleza abrasiva del polvo.

"Todavía estamos aprendiendo sobre técnicas para mitigar la intrusión de polvo en las áreas habitables de la tripulación y cómo eliminarlo", dijo Tracy Gill, ingeniera de proyectos de la Oficina de Apoyo Comercial y de Misión en el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida. "Tener un sistema de medición como Lunar Outpost que haya sido demostrado nos ayudaría a comprender el entorno que está experimentando la tripulación y nos ayudaría a mantenernos dentro de los límites de exposición recomendados", agregó.

Canary-S y la Escuela de Minas

Canary-S es una unidad autónoma que funciona con energía solar y una batería que transmite datos mediante tecnología celular. Puede medir una variedad de contaminantes, que incluyen partículas, monóxido de carbono, metano, dióxido de azufre y compuestos orgánicos volátiles, entre otros. El dispositivo toma medidas constantemente y envía un mensaje a una nube segura cada minuto, donde se enruta al panel de control basado en la web de Lunar Outpost o a la base de datos de un cliente para su visualización y análisis.

Los sensores y el software son flexibles, lo que simplifica la personalización.

"Hoy en día, todo el mundo está tan acostumbrado a enchufar y usar", dijo Chris Cloutier, líder de diseño e integración de viviendas en Kennedy, por lo que tener esa flexibilidad es "una capacidad clave".

Sin embargo, probar la precisión de los sensores en la Tierra puede resultar difícil. Los dispositivos excedieron los requisitos de la NASA para el prototipo de hábitat, pero las lecturas al aire libre son más complicadas porque están influenciadas por el viento y la humedad.

El Canary-S tuvo cierto apoyo con eso en la forma de un estudio reciente del Instituto Payne de Políticas Públicas de la Escuela de Minas de Colorado. La verificación independiente de la tecnología validó la precisión de las lecturas del sensor para mediciones tanto diarias como a largo plazo.

Apoyo a los bomberos, controles de emisiones

Canary-S se implementa en 15 estados y en numerosas industrias. Uno de los clientes es el Servicio Forestal de EE.UU., que está utilizando Canary-S para monitorear las emisiones de incendios forestales en tiempo real.

“Los bomberos han presentado síntomas de intoxicación por monóxido de carbono durante décadas. Pensaron que era solo parte del trabajo ”, explicó Julian Cyrus, director de operaciones de Lunar Outpost. Pero los sensores revelaron dónde y cuándo los niveles de monóxido de carbono "estaban por las nubes", lo que permitió emitir advertencias para tomar las precauciones necesarias.

Los mismos dispositivos pueden medir el material particulado en áreas urbanas. La evidencia de mala calidad del aire puede desencadenar alertas que adviertan a las personas, especialmente a aquellas con afecciones respiratorias, que tomen las precauciones necesarias.

La ciudad de Denver eligió el sensor Canary para recopilar datos sobre la calidad del aire en las escuelas locales para educar e informar a los maestros, padres y estudiantes sobre la calidad del aire local. Los datos cuantificaron los beneficios de una campaña sin actividad cerca de las escuelas y proporcionaron emisiones generales de contaminación en sitios clave de la ciudad.

En la industria del petróleo y el gas, los sensores pueden ayudar a proporcionar evidencia de cuán efectivos son los controles ambientales, explicó Charles Losche, gerente senior de crecimiento y políticas de Project Canary. La compañía implementa sensores Canary-S para proporcionar un monitoreo continuo y en tiempo real de las emisiones de gases fugitivos.

Esa información puede ayudar a justificar el costo de esos controles, dijo Losche, quien señaló que sin las lecturas, los productores de petróleo y gas "no tenían forma de demostrar que sus esfuerzos están reduciendo su impacto en el medio ambiente".

Además, las lecturas de los sensores permiten determinar si un pico de hidrocarburos, como compuestos orgánicos volátiles o metano, proviene de la instalación o de un camión que pasa. Si se trata de una falla mecánica en la instalación, se envía un equipo de reparación.

Cyrus, quien anteriormente trabajó en la nave espacial Orión como empleado en Lockheed, reconoció a la NASA como una fuerza impulsora detrás del trabajo de la compañía para desarrollar tecnología de doble propósito para su uso en la Luna y la Tierra. Además de estudiar una gran cantidad de datos lunares al diseñar el sensor, el programa NextSTEP hizo realidad la oportunidad de trabajar con la NASA.

“Apoyar la asociación público-privada creará una presencia sostenible en la Luna”, dijo Cyrus. "Establecer ese enfoque es una de las cosas más importantes que ha hecho la NASA en los últimos años", señaló.

La NASA tiene una larga trayectoria en la transferencia de tecnología al sector privado. La publicación Spinoff de la agencia describe las tecnologías de la NASA que se han transformado en productos y servicios comerciales, lo que demuestra los beneficios más amplios de la inversión de Estados Unidos en su programa espacial. Spinoff es una publicación del programa de Transferencia de Tecnología de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA. Para obtener más información sobre cómo la NASA lleva la tecnología espacial a la Tierra, visita: spinoff.nasa.gov

Por Margo Pierce

Publicación Spinoff de la NASA

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