Microwave Plasma Imitation Experiments on Deposition of Lunar Dust on Metal Plates

N. N. Skvortsova; Скворцова Н. Н.; E. V. Voronova; Воронова Е. В.; N. S. Akmadullina; Ахмадуллина Н. С.; N. G. Gusein-zade; Гусейн-заде Н. Г.; E. M. Konchekov; Кончеков Е. М.; L. V. Kolik; Колик Л. В.; V. V. Kachmar; Качмар В. В.; D. V. Malakhov; Малахов Д. В.; A. A. Sorokin; Сорокин А. А.; V. D. Borzosekov; Борзосеков В. Д.; V. D.  Stepakhin; Степахин В. Д.; O. N. Shishilov; Шишилов О. Н.

doi:10.31857/S0367292122601394

Microwave Plasma Imitation Experiments on Deposition of Lunar Dust on Metal Plates

Authors: Skvortsova N.N.¹, Voronova E.V.¹, Akmadullina N.S.¹^,2, Gusein-zade N.G.¹, Konchekov E.M.¹, Kolik L.V.¹, Kachmar V.V.¹, Malakhov D.V.¹, Sorokin A.A.³, Borzosekov V.D.¹, Stepakhin V.D.¹, Shishilov O.N.¹^,4
Affiliations:
1. Prokhorov General Physics Institute, Russian Academy of Sciences
2. Baikov Institute of Metallurgy, Russian Academy of Sciences
3. Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences
4. Russian Technological University (MIREA)
Issue: Vol 49, No 1 (2023)
Pages: 75-84
Section: ПЫЛЕВАЯ ПЛАЗМА
URL: https://ogarev-online.ru/0367-2921/article/view/139537
DOI: https://doi.org/10.31857/S0367292122601394
EDN: https://elibrary.ru/BHXXKM
ID: 139537

Cite item

Full Text

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Experimental results are presented on deposition of charged particles that imitate the levitating dust of regolith (dusty plasma) on the Moon on metal plates. The experiment was based on the analogy between the physical–chemical properties of the processes that develop in regolith during microwave discharge excited by the radiation of a powerful gyrotron in the powder of regolith (lunar dust) and the processes that occur on the Moon during the bombardment of its surface by micrometeorites. The action is studied of the levitating dust cloud on plates made from molybdenum and tantalum with a size of 10 × 40 mm. The results are compared with the experiment on deposition of lunar dust on plates from stainless steel. It is shown that dust particles in the shape of spheroids of different sizes are deposited on the plates. The size distribution of these particles and their chemical composition are those of lunar regolith. It is found that the uniformity of dust deposition can be controlled by preliminary processing of the metal plates by the low-temperature plasma of a direct piezodischarge. It is shown that the levitating dust obtained under laboratory conditions (ensembles of charged regolith particles) can be used in imitation experiments on surface modification of different materials and in the development of methods for cleaning the space equipment during Moon missions.

Keywords

lunar dust, lunar regolith, low-temperature plasma, microwave discharge, gyrotron, piezodischarge, chain plasmachemical processes, surface, tantalum, molybdenum, surface modification

References

год. “Луноход-2” начал работу на Луне [Электронный ресурс] / Роскосмос. Режим доступа: https://www.roscosmos.ru/24543/ (дата обращения 06.06.2022)
Rennilson J.J., Criswell D.R. Surveyor Observations of Lunar Horizon-Glow. Moon 1974, 10, 121.
Berg O.E., Wolf H., Rhee J. Lunar Soil Movement Registered by the Apollo 17 Cosmic Dust Experiment. In Interplanetary Dust and Zodiacal Light; Elsässer H., Fechting H. / Eds. Lecture Notes in Physics; Springer: Berlin. Heidelberg, Germany, 1976. V. 48. P. 233.
Зеленый Л.М., Попель С.И., Захаровa А.В. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. № 5. С. 441.
https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/videos (https://www.youtube.com/watch?v=NRqHubCtKmE&t=25s) (дата обращения 09.09.2022).
Довгань В.Д. Лунная одиссея отечественной космонавтики. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального ун-та, 2015. 307 с. https://ours-nature.ru/lib/b/book/807583493/14 (дата обращения 06.06.2022)
Lee L.-H. // J. Adhes. Sci. Technol. 1995. V. 9. P. 1103.
Walton O.R. Adhesion of Lunar Dust; Scientific Report of NASA CR-2007-214685; Glenn Research Center: Cleveland, OH, USA, 2007. 48 p. Available online: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20070020448/downloads/20070020448.pdf (accessed on 1 September 2021).
Захаров А.В., Зеленый Л.М., Попель С.И. Лунная пыль: свойства, потенциальная опасность // Астрономический вестник. 2020. Т. 54. № 6. С. 483.
Флоренский К.П., Базилевский А.Т., Николаева О.В. Лунный грунт: свойства и аналоги / Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского. 1975. 50 с.
Graf J.C. Lunar Soils Grain Size Catalog, Reference Publication 1265, NASA, 1993. https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19930012474/downloads/19930012474.pdf (дата обращения 06.06.2022)
Morris R.V., Score R., Dardano C., Heiken G. Handbook of lunar soils 1983 https://curator.jsc.nasa.gov/lunar/catalogs/other/lunar_soils_catalog.pdf (дата обращения 06.06.2022)
Слюта Е.Н. // Астрономический вестник. 2014. Т. 48. № 5. С. 358.
Попель С.И., Голубь А.П., Лисин Е.А. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2016. Т. 103. Вып. 9. С. 641.
Мохов В., Горностаева Т.А., Карташов П.М., Рыбчук А.П., Богатиков О.А. // Доклады академии наук. 2019. Т. 487. № 2. С. 198. https://doi.org/10.31857/S0869-56524872198-202
Попель С.И., Голубь А.П., Зеленый Л.М., Хораньи М. // Письма в ЖЭТФ. 2017. Т. 105. Вып. 10. С. 594.
Попель С.И., Голубь А.П., Захаров А.В., Зеле-ный Л.М. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. № 3. С. 219.
Семкин Н.Д., Видманов А.С. // Вестник Самарского гос. аэрокосмического ун-та. 2013. № 2(40). С. 164.
Сёмкин Н.Д., Калаев М.П., Телегин А.М. // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2011. № 7(31). С. 9–16.
Семкин Н.Д., Воронов К.Е., Пияков А.В., Пия-ков И.В. // Приборы и техника эксперимента. 2009. № 4. С. 159. http://naukarus.com/imitatsiya-mikrometeoritov-s-pomoschyu-elektrodinamicheskogo-uskoritelya
Пияков А.В. (RU), Воронов К.Е. (RU), Сухачев К.И. (RU), Видманов А.С. (RU), Семкин Н.Д. (RU) Патент RU 2532688 “Инжектор заряженных пылевых частиц” подача заявки: 2013-05-07, публикация патента: 10.11.2014. https://findpatent.ru/patent/253/2532688.html
Скворцова Н.Н., Степахин В.Д., Малахов Д.В., Колик Л.В., Кончеков Е.М., Образцова Е.А., Соколов А.С., Сорокин А.А., Харчев Н.К., Шишилов О.Н. Патент РФ № 2727958. “Способ получения облака заряженных частиц”. Дата подачи заявки 10 июля 2019 г. Дата публикации 28 июля 2020 г. https://findpatent.ru/patent/272/2727958.html
Skvortsova N.N., Maiorov S.A., Malakhov D.V., Stepakhin V.D., Obraztsova E.A., Kenzhebekova A.I., Shishilov O.N. // JETP Letters. 2019. V. 109. № 7. P. 441. https://doi.org/10.1134/S0021364019070130
Mouritz M.A. Introduction to Aerospace Materials. Cambridge: Woodhead Publ., 2012. 621 p.
Skvortsova N.N., Stepakhin V.D., Sorokin A.A., Malakhov D.V., Gusein-zade N.G., Akhmadullina N.S., Borzosekov V.D., Voronova E.V., Shishilov O.N. // Materials 2021. V. 14. 6472. https://doi.org/10.3390/ma14216472
Batanov G.M., Borzosekov V.D., Golberg D., Iskhako-va L.D., Kolik L.V., Konchekov E.M., Kharchev N.K., Letunov A.A., Malakhov D.V., Milovich F.O., Obraztso-va E.A., Petrov A.E., Ryabikina I.G., Sarksian K.A., Stepakhin V.D., Skvortsova N.N. // J. Nanophoton. 2016. V. 10. 012520.
Соколов А.С., Малахов Д.В., Скворцова Н.Н. // Инженерная физика. 2018. № 11. С. 3.
Колик Л.В., Харчев Н.К., Борзосеков В.Д., Малахов Д.В., Кончеков Е.М., Степахин В.Д., Гусейн-заде Н.Г., Богачев Н.Н. Патент RU 181459 U1 Генератор низкотемпературной плазмы. Дата публикации: 16.07.2018.
Artem’ev K.V., Bogachev N.N., Gusein-zade N.G., Dolmatov T.V., Kolik L.V., Konchekov E.M., Andreev S.E. // Russian Physics Journal. 2020. V. 62. № 11. P. 2073.
Качмар В.В., Мошкина К.Г., Борзосеков В.Д., Скворцова Н.Н., Сорокин А.А. // Прикладная физика и математика. 2021. № 3. С. 11. https://doi.org/10.25791/pfim.03.2021.1198
Kachmar V.V., Moshkina K.G., Borzosekov V.D., Soro-kin A.A., Skvortsova N.N. // Journal of Physics: Conference Series.2021. 2036. 012030 https://doi.org/10.1088/1742-6596/2036/1/012030
Korolev V.Yu., Skvortsova N.N. // 17th International Workshop “Complex Systems of Charged Particles and their Interactions with Electromagnetic Radiation” 2019. P. 32.
Gorshenin A.K., Korolev V.Yu, Zeifman A.I. // Mathematics 2020. V. 8. 1409. https://doi.org/10.3390/math8091409
Zakharov A.V., Popel S.I., Zelenyi L.M. // 9th Intern. Conf. Physics Dusty Plasmas (ICPDP 2022). P. 127.