Warum ist Staub in der Schwerelosigkeit so ein Problem? Würden nicht die richtige Luftzirkulation und Filterung dafür sorgen?

Staub und kleine Partikel in Mikrogravitationsumgebungen werden im Allgemeinen als schlecht angesehen, und Gegenstände, die dazu neigen, solche zu erzeugen, werden eher entmutigt:

Brot sollte ganz anders zubereitet werden, damit es nicht krümelt und lange hält. Das russische Institut für Bäckereiindustrie musste eine Lösung finden, um das Brot auf der Internationalen Raumstation zu verwenden, ohne dass die Gefahr besteht, dass Krümel in das Belüftungssystem gelangen. Sie haben sich ein Miniaturbrot ausgedacht – gerade groß genug für einen Bissen. In Textur und Geschmack ist dieses Brot praktisch nicht von dem zu unterscheiden, was wir auf der Erde essen. [" How Russian space food has volved in the years " von Russia Beyond, gefunden über diese Antwort auf die Frage " Warum gab es auf der ISS ein Miniaturbrot? "]

Brot: Astronauten dürfen kein Brot essen, da ihre Krümel in Maschinen und Geräte sowie in die Augen der Astronauten gelangen können.

[...]

Salz und Pfeffer: Ähnlich wie Brot können Salz und Pfeffer in die Augen gelangen und die Ausrüstung beschädigen. Salz und Pfeffer werden auf der ISS serviert, indem sie in Flüssigkeiten aufgelöst werden. Allerdings sind Salz und Pfeffer in ihrer rohen Form auf der ISS nicht erlaubt. [ Diese Antwort auf die Frage „ Gibt es Lebensmittel, die Astronauten ausdrücklich nie essen dürfen? “]

Das größte Problem ist, dass Kreide notorisch Staub produziert, der sich nicht absetzt und zu einer Gefahr für die Atmung wird.

Bleistifte und Fettstifte wurden abgeschafft, da sie Partikel und Späne erzeugten, aber zunächst hatten sie nichts Besseres.

Das Schreiben mit der Kreide wird GROSSARTIG funktionieren! Die Astronauten und Raumschiffe, die mit dem freigesetzten Kreidestaub fertig werden müssen, werden NICHT so gut abschneiden. [ Dieser , dieser und dieser Kommentar zur Frage „ Können wir im Weltall mit Kreide auf die Tafel schreiben? “]

Die genannten Gründe haben mit dem Risiko zu tun, dass schwimmende Krümel oder Partikel in Maschinen, Lungen oder Augen gelangen, weil sie nicht durch die Schwerkraft auf den Boden gezogen werden.

Aber:

  • Eine ordnungsgemäße Luftzirkulation (zunächst in der Mikrogravitation wichtiger als in der Makrogravitation, da verhindert werden muss, dass sich Kohlendioxidtaschen bilden und Astronauten ersticken) und eine Filterung sollten schwebende Partikel effektiv aus der Luft entfernen;
  • Alles, was in das Auge eines Astronauten schwimmt, würde den Blinzelreflex auslösen und dadurch gelöscht werden; 1
  • Elektrische und elektronische Maschinen sind in der Regel ziemlich unempfindlich gegenüber elektrisch nicht leitendem Staub, bis sich so viel davon angesammelt hat, dass sie die Gerätekühlung durch ihre schiere Luftstromblockade behindern (etwas, das wir wissen, weil Elektronik selbst in Makrogravitation Staubmagneten ist, wie jeder, der es ist jemals einen viel genutzten Desktop geöffnet hat, weiß), und Geräte mit konform beschichteten Leiterplatten ignorieren sogar elektrisch leitfähigen Staub (z. B. Graphit von Bleistiftspänen) und werden obendrein Flüssigkeiten abschütteln.

Warum also ist Staub in der Mikrogravitation so gefürchtet?

(Danke an DrSheldon , der mich veranlasst hat, diese Frage zu stellen.)

1 : Tatsächlich wären Partikel, die die Augen angreifen, in der Mikrogravitation wahrscheinlich weniger gefährlich, wo sie einfach herumschweben würden, als in der Makrogravitation, wo Partikel, die in die Augen gelangen, dazu neigen, mit beträchtlicher Kraft von dem, was sie erzeugt hat, geschleudert zu werden.

Besonders der Aspekt „warum kann man das nicht einfach herausfiltern“ muss hier beantwortet werden. Der Teil "Warum ist es ein Problem" wurde durch die von Ihnen zitierten Antworten stückweise beantwortet (obwohl eine Antwort, die die Probleme vereinheitlicht, schön wäre).
"Alles, was in das Auge eines Astronauten schwimmt, würde den Blinzelreflex auslösen und dadurch gelöscht werden." Was ist, wenn das Partikel wasser-/tränenlöslich ist?
Schauen Sie einfach unter den Schreibtisch, auf dem Sie diese Frage geschrieben haben. Stellen Sie sich vor, der Staub und die Krümel, die da sind, würden um Ihre Augen schweben ...
fwiw: Von Gizmodos Astronaut Scott Kelly über Liquid Salt, a Stinky Station und Sleeping in Freefall : „Jedes lose Pulver auf der Raumstation ist eine Katastrophe für die Belüftungssysteme Verwenden Sie flüssiges Salz, das wir auf unser Essen geben.'"
Von diesem verlinkten Scott Kelly Reddit AMA „ Es wäre eine Katastrophe, so etwas Pulver zu haben. Je nachdem, wie viel es war, würden wir möglicherweise darüber nachdenken, die Belüftung abzuschalten, um die Ausbreitung zu verhindern . Als Salz verwenden wir tatsächlich flüssiges Salz wir setzen unser Essen auf." Aber ich kann die Frage nicht finden, auf die dies die Antwort ist.

Antworten (5)

Wenn Sie die Schwerkraft haben, fallen schwere Partikel wie Späne, Krümel, große Staubkörner usw. auf den Boden, wo sie gereinigt werden können oder Teil der Umgebung werden. In der Mikrogravitation ist alles in der Schwebe, egal wie groß es ist, also gibt es viel mehr Dinge zu erledigen, einschließlich Staub. Schwerere Partikel benötigen mehr Energie, um sich zu bewegen, daher dauert es länger, bis sie in der Mikrogravitation herausgefiltert werden

Stellen Sie sich nun einen Raum in Schwerelosigkeit mit einem Belüftungssystem vor, das auf einer Seite des Raums ansaugt, es filtert und dann auf der anderen Seite durch eine Entlüftung ausbläst, was ein einfaches Modell ist, aber für unsere Zwecke gut genug ist. Es gibt 2 *Nauts im Raum, einer von ihnen schlägt 2 Tafelradiergummis zusammen, der andere isst Toast, während er Bleistifte anspitzt. Stellen Sie sich jetzt vor, was mit dem Staub und den Spänen passieren wird: Zuerst wird er sich ausbreiten, dann wird er beginnen, in Richtung der Einlassöffnung gezogen zu werden. Es wird jedoch nicht sofort gefiltert, im Allgemeinen bewegen sich die leichteren Partikel zur Entlüftung, die schwereren haben mehr Masse und bewegen sich daher langsamer, obwohl Dichte und Form Faktoren dafür sind, wie schnell sie sich bewegen.

Jeder, der sich im Weg des Luftstroms befindet, wird die Masse der Partikel voll sehen. Durch das Aufdrehen der Ventilatoren wird die Luft schneller bewegt und die Filterung beschleunigt, gleichzeitig werden alle Partikel energischer in die Gesichter der Menschen strömen.

Das Filtern ist also sehr wichtig, aber es ist besser, es von vornherein zu verhindern.

Guter Punkt, es ist nicht so, als wäre der Luftstrom ein Hurrikan, der durch die Kabine heult; Es gibt viel Zeit für die Partikel, sich auszubreiten und in / auf Sachen zu gelangen.
„Schwerere Partikel benötigen mehr Energie, um sich zu bewegen, daher dauert es länger, bis sie in der Mikrogravitation herausgefiltert werden.“ Hängt das nicht von den aerodynamischen Eigenschaften gegenüber der Masse ab? Oberfläche vs. Masse etc.
Sicher, @Michael, Form und Dichte werden Faktoren dafür sein, wie schnell sich Partikel bewegen, im Allgemeinen bewegen sich schwerere Partikel langsamer als leichtere.
@Michael Als sehr grobes Modell erster Ordnung haben Sie ein quadratisches / gewürfeltes Problem. Mit zunehmendem Radius sind die aerodynamischen Kräfte proportional zur Fläche, während die Masse proportional zum Volumen ist.
Nebenbei bemerkt, so ein windiger Raum würde auch die Nauten selbst ständig bewegen, oder? Ich würde sagen, das ist ein zusätzlicher unerwünschter Nebeneffekt.
Werden der Staub und die Späne nicht zur Abluftöffnung gezogen, nicht zur Ansaugöffnung?
Über die Ansaugöffnung wird Luft in das Filtersystem @AndrewMorton gesaugt, über den Auspuff wird sie wieder herausgedrückt.
Ah, ich verstehe, ich habe den Einlass und den Auslass in Bezug auf den Raum betrachtet.

Staub in die Augen zu bekommen, ist bestenfalls eine leichte Unannehmlichkeit.

Was passiert jedoch, wenn sich das Staubpartikel im Auge einer Person festsetzt, wenn diese Person etwas Wichtiges tun muss?

Was passiert, wenn ein Staubpartikel nicht einfach oder sicher entfernt werden kann und die Person längere Zeit etwas im Auge ertragen muss? Der durch das Unbehagen verursachte Stress beeinträchtigt die Fähigkeit der Person, Aufgaben auszuführen, und wird eine ständige Ablenkung darstellen.

Was passiert, wenn etwas die Hornhaut abreibt, was zu verschwommenem Sehen und möglicherweise sehr unangenehmen Lichtspitzen führt, die zu Kopfschmerzen, Unbehagen und Stress für die betroffene Person führen können?

All dies ist schlimm genug auf der Erde, wo medizinische Versorgung schnell verfügbar wäre, aber für jemanden, der an ein Raumschiff gefesselt ist, wird es zu einer ernsteren Angelegenheit.

Was den Staub auf der Ausrüstung betrifft, sind Sie wirklich sicher, dass Sie riskieren wollen, dass eine Komponente im Weltraum ausfällt und nicht schnell repariert werden kann?

Was das Entwerfen und Herstellen eines "richtigen Luftzirkulationssystems" betrifft, gibt es einige Probleme.

Erstens müssen die Luftgeschwindigkeiten so sein, dass eine rechtzeitige Zirkulation gewährleistet ist. Zu langsam und Gase und Staub können sich in Taschen ansammeln und Menschen könnten zu heiß werden, zu schnell und Staub könnte sich leichter in die Augen von jemandem festsetzen, Objekte mit geringer Masse könnten leichter unkontrolliert herumfliegen und Menschen könnten zu kalt werden.

Die Platzierung von Belüftungseinlässen und -auslässen kann aufgrund der beteiligten Variablen nicht einfach modelliert werden. Von Geräten erzeugte Wärme. Die Position von Personen im System und wie sie den Luftstrom behindern. Eine gut gebaute Person wirkt anders als eine schwach gebaute Person. Kurzes Haar hat eine andere Wirkung als langes fließendes Haar. Energetische Handbewegungen, eine Person im Strom verglichen mit einer näheren Wand. Zwei Personen wirken als Hindernisse nahe beieinander.

Die Minimierung von Staub und dessen Auswirkungen ist eine Möglichkeit, das mit dem Betrieb verbundene Risiko zu mindern.

Gute Antwort auf die Auswirkungen, die aufgrund unternehmenskritischer Aufgaben größer sind. Vermisst aber den Gravitationsteil. Die Schwerkraft hält die Krümel auf dem Boden auf der Erde. Die Mikrogravitation würde Ihren gesamten Arbeitsplatz so schmutzig machen wie den Boden auf der Erde.
Auch wenn es sich als nicht missionskritisch herausstellt, bedenken Sie, dass das Jahresbudget der ISS dies ist 3 − 4 B ich l l ich Ö N . T H A T ' S A B Ö u T 350.000/h oder etwa 100 $/s. Sogar ein kleiner Ärger zeigt sich als ein guter Teil eines unserer irdischen Gehälter.
@Cort du machst Witze, warum geben sie das Geld nicht für praktische Dinge aus, die den normalen Leuten hier auf der Erde helfen? Wie ein 13. Flugzeugträger?

Staub beschädigt Maschinen durch mehr als nur das Leiten von Elektrizität oder das Verhindern der passiven Kühlung. Besonders Fans sind anfällig. Staub kann Ventilatoren verlangsamen, indem er den Schaufeln Gewicht hinzufügt oder an der Welle anbackt und die Reibung erhöht. Feine Partikel, die in das Lüftergehäuse gelangen, kommen nur schwer wieder heraus. Sie schleifen gegen die Lager des Lüfters, während er sich dreht, was zu Reibung führt, die Lager schneller abnutzt und die erzeugte Wärme erhöht. In einigen Fällen kann der Staub heiß genug werden, um sich zu entzünden. Dies sind alles Probleme, die Sie auf der Erde beobachten können , sie werden nur schlimmer, wenn Sie keine Schwerkraft haben, die hilft, die Partikelanzahl zu kontrollieren.

Viele dieser Partikel sind auch ziemlich abrasive, insbesondere kristalline Substanzen (wie Salz). Kratzer auf der Oberfläche eines Solarmoduls können dessen Effizienz beeinträchtigen. Ein einzelnes Partikel wird wahrscheinlich nicht viel ausrichten, aber die kumulative Wirkung einer großen Anzahl von Partikeln über einen langen Zeitraum kann ernsthaften Schaden anrichten und langsam alle beweglichen Teile abschleifen, zwischen denen sie eingeklemmt sind. Eine Ansammlung von Staub kann sogar dazu führen, dass Geräte festsitzen oder einen Membranschalter daran hindern, Kontakt herzustellen. Geräteausfälle wie im Weltraum sind ein ernstes Problem, sowohl aufgrund des Mangels an Ersatzteilen als auch aufgrund der Tatsache, dass einige Geräte nicht leicht zugänglich sind. Schleifpartikel zwischen Augenlid und Hornhaut können dauerhafte Sehschäden verursachen.

Es ist wahr, dass Sie einen Blinzelreflex haben, um Ihre Augen zu schützen, aber das bedeutet nicht, dass es nicht so weh tun wird wie die Dickens. Schwarzer Pfeffer reizt die Schleimhäute, in Augen und Nase will man ihn auf keinen Fall. Astronauten tun viele Dinge, bei denen Konzentration entscheidend ist, und unvorhersehbare Angriffe von unsichtbaren fliegenden Reizstoffen können katastrophale Folgen haben. Während des Notabbruchverfahrens für Apollo 13 musste die Besatzung ihre Korrekturmanöver steuern, indem sie den Mond visuell auf einen bestimmten Punkt in einem der Fenster ausrichtete. Solche Verfahren wären nahezu unmöglich, wenn die Augen des Piloten aufgrund von Reizstoffen in der Luft unkontrolliert zu tränen beginnen.

Vergessen Sie nicht, dass Staub Dinge auch chemisch beeinflussen kann. Staub kann sich mit den in Motoren und Lagern verwendeten Schmiermitteln vermischen und dieses Schmiermittel in eine dicke, viskose Flüssigkeit verwandeln, die die Bewegung behindert, anstatt sie zu fördern. Salz beschleunigt die Korrosion von Metallen.

Mit anderen Worten, hier gibt es viele mögliche Probleme. Sie müssen entweder ein System entwickeln, das all diesen Staub effektiv herausfiltern kann, oder es einfach vermeiden, den Staub von vornherein zu erzeugen. Letzteres ist deutlich einfacher und weniger riskant.

Denken Sie auch daran, dass Tränen ohne Schwerkraft nicht nach unten fließen, sodass es schwieriger ist, sie aus den Augen zu entfernen.

AFAIK, das Hauptproblem ist statische Elektrizität, Staub neigt dazu, mit einer minimalen Ladung an allem zu haften. Meine persönliche Vermutung ist, dass das Lüftungssystem es bei unsachgemäßer Handhabung verschlimmern könnte, da Staub durch Reiben der Lüftungsschlitze mehr statische Elektrizität erzeugt.

Ich weiß, dass meine Antwort nicht so vollständig ist wie andere, aber mir ist aufgefallen, dass niemand statische Elektrizität erwähnt hat, also wollte ich einen Beitrag leisten. Ich habe über das Thema in einem Artikel über die Probleme mit dem Mondrover im Umgang mit Staub gelesen.

In der Mikrogravitation konkurrieren elektrische Ladungskräfte tatsächlich nicht mit der Schwerkraft, sodass Staub dazu neigt, an allen Oberflächen zu haften, bevor er herausgefiltert werden kann. Der Luftstrom wird auch in der Mikrogravitation nicht durch Konvektion in Bewegung gesetzt, sodass Sie sich nicht darauf verlassen können, dass Staub gespült wird. Stäube können leicht entzündlich oder sogar explosiv wie Mehlstaub sein. In der Mikrogravitation bleibt Staub länger als Wolke und setzt sich nicht ab.

Das Problem ist der Weg, den die Pinxy-Wee-Partikel nehmen.

Wenn Sie garantieren, dass diese, jene oder die andere Verunreinigung durch einen Filter geht, bevor sie das Auge, die Nase oder den Mund des Astronauten trifft … oder jedes System, das etwas dagegen haben könnte, dass Staub eindringt, könnte alles in Ordnung sein.

Wie aber werden Sie diese Garantie geben?

Warum ist Staub in der Schwerelosigkeit so ein Problem? Würden nicht die richtige Luftzirkulation und Filterung dafür sorgen?
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