FIRST STAGE: EXTRA PROTECTION FOR THE LUNAR WALKS

To minimize the quantity of lunar dust that returns to the Lunar Module after a space walk, teflon will cover the zones that are more susceptible to the accumulation of dust of the astronaut’s suit, “Harrison “Jack” Schmitt and Gene Cernan had trouble moving their arms during moonwalks because dust had gummed up the joints” (Soil Science Society of America, 2008), being these places the joints of the astronaut, to then discard before entering the Module or, if possible, add the teflon in the same place where samples of the lunar floor are going to be carried and brought back to the Earth.

Teflon was the chosen material because the investigation made by Ou Pont pointed out that the properties of the teflon are that it is an insulator which will not attract lunar dust, it’s pretty flexible so it won't restrict the movements made by astronaut, it’s not altered by the action of light, endures temperatures from 3 K to 543 K which is an indispensable characteristic for a material that's going to be exposed to the outer space and, lastly, it’s main characteristic is the non-stick feature for external materials (p. 1).

SECOND STAGE: REGOLITH LOCALIZATION

Stage where the astronaut returns from the space walk to the Module. Firstly, it’ll be needed a space cabin specialized for the cleaning of the suits; the approximate measurements will be three meters tall, two meters wide and one meter of depth. In first stance, outside of the cabin, there will be an early detection of regolith particles adhered to the space suit.

“Because the minerals comprising the regolith are insulators the lunar surface is essentially nonconductive” (Otis R. Walton, 2007) which hinders the process of recollection and dispose. The link between the presence of lunar dust with the presence of regolith can be made. “Measurement of the uppermost regolith [...] by the Visible-Near Infrared Spectrometer (VNIS) revealed biased information about the pristine lunar regolith” (Yunzhao Wu, Zhenchao Wang and Yu Lu, 2018), in other words, the regolith, after being bathed with UV rays, can be detected with infrared waves. The objective of detecting it’s presence is to be able to clean, after the astronaut enters the cleaning cabin, as many of this particles as possible to make easier the process of elimination of lunar dust.

THIRD STAGE: DECONTAMINATION

After entering the cleaning cabin, the first step will be closing the entrance hermetically and pressuring the inside of the cabin to have a better control of particles. Immediately after, the astronaut will have to take an UV light bath, which will ionize the regolith and the lunar dust making it possible to attract both of them with an electric field generated in the perimeter of the cabin by an electrical conductor. This system will be located in the farthest place inside a slit that will be placed on the wall. In the middle of the cavity a crystal will be placed to protect the instrument from the lunar dust. After the ionization is over, the slith will close itself trapping the dust particles inside for further dispose. It will be necessary to repeat the process of regolith detection by infrared light and the ionization until no remnant is found with this method.

Before being able to enter the Lunar Module, another exam with luminol will be made that now will specifically detect lunar dust in the case where some particles still remain in the space suit. “Luminol is a chemical compound that reacts to oxidizing agents and iron” (Khan, Parvez; Idrees, Danish; MOxley and Michael A., 2014); different samples of lunar dust have been investigated in the Nasa Ames Research Center which concluded that all samples contain the chemical components: SiO2, Al2O3, TiO2, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O and MnO (David J. Loftus, Erin M. Tranfield, Jon C. Rask and Clara McCrosssin, 2009, p. 3) . As can be seen, one of the components is iron oxide and the other compounds are oxidizing agents, so it is possible to use luminol for the detection of lunar dust (in this case the iron and the oxidizing agents that build it). In forensic analysis, luminol has detected low amounts of iron, which functions as a catalyst in the reaction of luminol with the oxidizing agent producing luminescence. The luminol exam will consist of spraying a mixture of hydrogen peroxide, potassium hydroxide and luminol to the astronaut's suit through holes located on the ceiling and walls of the cabin to be able to see if there is any luminescence. In the case of a positive result where particles of lunar dust are detected, stage tree will have to be repeated from the beginning until there are no residues of lunar dust. After these actions are successfully over, the astronaut will be permitted to enter the lunar module.

FOURTH STAGE: FINAL VERIFICATION

To make sure that there has not been any dust filtration that could damage the health of the astronauts, a safety measure will be implemented that will take as reference initial data on the density and weight of the air inside the Lunar Module before the astronauts get out for the first time. Then, air samples will be taken inside the Lunar Module each time an astronaut enters, and periodically after the first admission. These new samples will be contrasted with the reference previously taken. If at any time one of the new samples has a particle of lunar dust, previously established alarms will sound as a warning for astronauts to take preventive measures which may oscillate from being more cautious when cleaning before entering the module, as far as having to wear a space suit. The level of prevention will be directly proportional to the amount of particles found in the sample.

ESPAÑOL

PRIMERA ETAPA: PROTECCIÓN EXTRA PARA EL EXTERIOR

Para minimizar la cantidad de polvo lunar que regrese al módulo lunar después de una caminata, se cubrirán con teflón las zonas que son más susceptibles a la acumulación de polvo sobre el traje del astronauta, “Harrison “Jack” Schmitt y Gene Cernan tuvieron problemas para mover los brazos durante las caminatas lunares porque el polvo había engullido las articulaciones” (Soil Science Society of America, 2008), siendo estos lugares las articulaciones del traje espacial, para luego desecharlo antes de entrar al módulo o, si es posible, llevar el teflón a la tierra junto con las muestras que se tomen del suelo lunar.

Se eligió como material al teflón porque la investigación realizada por Ou Pont señaló que las propiedades del teflón son que es un aislante eléctrico el cual no atraerá en mayor medida polvo lunar, es sumamente flexible lo cual no restringe el movimiento del astronauta, no se altera por la acción de la luz, soporta temperaturas desde 3 K hasta 543 K lo cual es una característica indispensable para que el material esté en contacto con el espacio y, por último, su característica principal es la antiadherencia de materiales externos.

SEGUNDA ETAPA: LOCALIZACIÓN DE REGOLITOS

Etapa en la que el astronauta regresa de la caminata espacial al módulo. Primeramente se necesitará tener una cabina especializada para la limpieza del traje el cual medirá aproximadamente tres metros de altura, dos de ancho y uno de profundidad. En primera instancia, en el exterior de la cabina, se hará una detección de las partículas de regolito que estén adheridas al traje del astronauta.

“Debido a que los minerales que componen el regolito son aislantes, la superficie lunar es esencialmente no conductora” (Otis R. Walton, 2007) lo cual dificulta su recolección y descarte. Se hace la relación que donde hay partículas de polvo lunar, hay regolito. "La medición del regolito superior [...] mediante el espectrómetro de infrarrojo visible-cercano (VNIS) reveló información parcial sobre el regolito lunar" (Yunzhao Wu, Zhenchao Wang y Yu Lu, 2018), en otras palabras, el regolito después de ser bañado con rayos UV, es detectable mediante ondas infrarrojas. El objetivo de detectar su presencia es que, cuando el astronauta entre en la cápsula de limpieza, podamos deshacernos lo más posible de dichas partículas para facilitar la eliminación del polvo lunar.

TERCERA ETAPA: DESCONTAMINACIÓN

Ya dentro de la cabina de limpieza, el primer paso será que la cápsula limpieza tendrá que estar cerrada herméticamente y presurizada para poder tener mayor control y estabilización de las partículas. Inmediatamente después, el astronauta se dará un baño debajo de lámparas de luz ultravioleta las cuales ionizarán tanto el regolito como las partículas de polvo lunar. De esta manera, se recolectarán todas las partículas ionizadas mediante un campo eléctrico generado en el perímetro de la cápsula por una sistema conductor que se encontrará en una hendidura dentro de la pared. El conductor se encontrará en lo más profundo de la hendidura y a la mitad se pondrá una placa de vidrio para proteger al dispositivo del polvo lunar. Al terminar la ionización se cerrará por completo la cavidad atrapando las partículas de polvo en su interior para futura disposición. Hay que repetir el proceso de la detección de regolitos por luz infrarroja y la ionización hasta que no se encuentre ningún residuo con este método.

Antes de poder entrar al módulo lunar, se hará otro examen con luminol para detectar, ahora sí, específicamente las partículas de polvo lunar por si se diera el caso que aún quedará alguna partícula adherida. “El luminol es un compuesto químico que reacciona ante agentes oxidantes y el hierro” (Khan, Parvez; Idrees, Danish; MOxley y Michael A., 2014); se han investigado distintas muestras de polvo lunar en el Centro de Investigación Nasa Ames, que concluyeron que todas las muestras contienen los componentes químicos: SiO2, Al2O3, TiO2, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O y MnO (David J. Loftus, Erin M. Tranfield, Jon C. Rask y Clara McCrosssin, 2009, p. 3). Como se puede observar, uno de los componentes es el óxido de hierro y los demás compuestos son agentes oxidantes por lo que es posible el uso de luminol para la detección de polvo lunar (en este caso el hierro y los agentes oxidantes que lo construyen). En análisis forenses, el luminol ha detectado bajas cantidades de hierro, el cual funciona como catalizador en la reacción del luminol con el agente oxidante, produciendo luminiscencia. El examen consistirá en rociar a través de orificios ubicados en el techo y las paredes una mezcla de agua oxigenada, hidróxido de potasio y luminol al traje del astronauta para poder apreciar si hay alguna luminiscencia. En caso de dar positivo y que se detecten partículas de polvo lunar, se tendrá que repetir la etapa tres desde el comienzo hasta que no haya residuos de polvo lunar. Al concluir con estas acciones, se abrirá el paso para adentrarse al módulo lunar.

CUARTA ETAPA: VERIFICACIÓN FINAL

Para asegurarnos de que no se haya filtrado ninguna partícula de polvo que pueda dañar la salud de los astronautas, se implementará una medida de seguridad que tendrá como referencia datos iniciales de la densidad y peso del aire dentro del módulo lunar antes de que los astronautas salgan por primera vez. Después, se tomarán muestras del aire dentro del módulo lunar cada vez que un astronauta entre, y periódicamente después del primer ingreso. Estas muestras se contrastará con la referencia anteriormente tomada. Si en algún momento llega a tener alguna partícula de polvo lunar, alarmas previamente establecidas sonarán como advertencia para que los astronautas tomen medidas de prevención las cuales pueden variar desde que sean más cautelosos a la hora de limpiarse antes de entrar al módulo, hasta tener que vestirse con algún traje espacial. El nivel de prevención será directamente proporcional a la cantidad de partículas que se hayan encontrado en la muestra.

References:

Khan, Parvez; Idrees, Danish; MOxley & Michael A. (2014). Luminol-Based Chemiluminescent Signals: Clinical and Non-clinical Application and Future Uses. Recovered: 10/20/2019, from US National Library of Medicine. Website: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4426882/

David J. Loftus, Erin M. Tranfield, Jon C. Rask & Clara McCrosssin. (2009). The Chemical Reactivity of Lunar Dust Relevant to Human Exploration of the Moon. Recovered: 10/20/2019, from NASA Ames Research Center. Website: https://www.lpi.usra.edu/decadal/leag/DavidJLoftus.pd

Yunzhao Wu, Zhenchao Wang & Yu Lu. (2018). Space weathering of the Moon from in situ detection. Recovered: 10/20/2019, from Cornell University Website: https://arxiv.org/abs/1812.04198

Martín T. & Serrano A. (-). Flujo del campo eléctrico. Ley de Gauss. Recovered: 10/20/2019, de Politecnic University from Madrid. Website: http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/electro/gauss.html

OU PONT. (-). Teflon PTFE. Recovered: 10/20/2019, from OU PONT. Website: http://www.rjchase.com/ptfe_handbook.pdf

Otis R. Walton. (2007). Adhesion of Lunar Dust. Recovered: 10/20/2019, from NASA. Website: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20070020448.pdf

Soil Science Society of America. (2008). NASA’s Dirty Secret: Moon Dust. Recovered: 10/20/2019, from ScienceDaily. Website: https://www.sciencedaily.com/releases/2008/09/080924191552.htm

Delaporte P., Vatry A., Grojo D., Sentis M. & Grisolia C. (-). Why Using Laser for Dust Removal from Tokamaks. Recovered: 10/20/2019, from Association Euratom/CEA & DRFC/SIPP. Website: https://www-pub.iaea.org/mtcd/meetings/PDFplus/2010/cn180/cn180_papers/ftp_p1-25.pdf

Harrison H. Schmitt. (1991). Lunar sourcebook: a user's guide to the moon. Recovered: 10/20/2019, from Cambridge University Press & Lunar and Planetary Institute. Website: https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/pdf/LunarSourceBook.pdf