美国国家航空航天局出资高达150,000美元以消除月球太空行走人员面临的危险静电积聚

这家美国航天局发起了一项名为“月球接地挑战赛”的竞争性项目，旨在保护在月球南极地形上开展作业的探测人员。¹ 这项正式竞赛将发放多达150,000美元的奖金，以激励切实可行的工程与流程方案。¹ 项目官员正在寻求功能构架以及操作方法，旨在安全释放舱外活动期间宇航服上积聚的大量摩擦电荷。¹ 总额为150,000美元的奖金池旨在作为针对性资金激励，以吸引能够在这些极地极端作业环境中为航天员完成电荷中和的多学科设计方案。¹

该竞赛挑战的正式申报于2026年10月5日参赛窗口开启时正式启动。¹ 有意参与的人员与工程团队须在2027年1月15日之前向美国国家航空航天局提交其最终概念方案。¹ 这一明确的时间表限定了竞赛期，在此期间将对有资格分享150,000美元奖金分配的概念进行评审。¹ 在指定的2027年1月15日截止日期前提交的所有候选技术方案，都必须解决该机构认定的月球南极宇航服静电放电危险。¹

其潜在的技术难题直接源于宇航员穿越月球南极表面时的机械运动。¹ 在月壤上连续行走产生的摩擦会导致防护性宇航服的外层发生摩擦起电。¹ 与此同时，探测人员周围的环境等离子体通过等离子体充电现象与宇航服材料发生相互作用。¹ 在月表巡视期间，摩擦起电与直接等离子体沉积的协同作用会在整个身着宇航服的太空行走人员身上稳步积聚大量电荷。¹

尽管带电现象在南极各处作业期间普遍发生，但当宇航员进入阴影区域时，情况会显著加剧。¹ 每当机组成员踏入被称为永久阴影区（PSR）的深部地形洼地时，电荷积聚问题就会显著恶化。¹ 在这些无光照射的洼地内，周围的等离子体环境与受光照射区域相比发生剧烈变化，加剧了充电机制的严重性。¹ 由于南极的舱外活动通常将这些黑暗凹地作为目标，机组成员面临着净电荷积聚的严重局部骤增。¹

在黑暗区域和永久阴影区内，宇航服会积聚相当高的负电位。¹ 这种陡峭的负电压之所以产生，是因为局部环境几乎无法产生光电子发射来抵消周围电子的收集。¹ 此外，这些阴影洼地中的环境离子通量极低，使得正离子无法中和传入的电子。¹ 在缺乏日光驱动的光电子弹出机制的情况下，周围传入的电子畅通无阻地聚集在宇航服外层织物上，直至形成巨大的负电位。¹

当探险队员完成月表任务并返回航天器时，致命的危险开始显现。¹ 在自然条件下，干燥的月壤完全不具备能够释放宇航服上所储存巨大电荷的内在机制。¹ 因此，走出黑暗区域的宇航员在穿越月表的整个行进过程中都会完好保留这股强烈的电荷。¹ 由于地面本身无法提供接地通路，返程中的宇航服在接近等候的着陆器时依然处于满载电荷状态。¹

与此同时，位于受照地形上的静止着陆器则表现出截然不同的电气特性。¹ 驻留在受日光照射区域的着陆器相对于周围太空环境保持着微弱的正电位。¹ 这使得静止硬件处于正电压状态，而靠近的太空行走人员却携带着从无光照区域获得的严重负电荷。¹ 这些对立状态的结合，在抵达的人类探险者与静止结构之间形成了极端的电位差。¹

随着带有高强度负电荷的机组成员拉近与着陆器的距离，这种极端的电位差造成了严重的放电危险。¹ 宇航员与着陆器之间的直接物理接触可能会引发瞬间电弧或电火花。¹ 在剧烈电位差的作用下，这种静电放电会在接触间隙间瞬时转移电能。¹ 若无预先干预，伸手抓取扶手或梯子便会立刻触发这种剧烈的放电事件。¹

宇航员与着陆器之间的突发静电放电可能对多套飞行系统造成灾难性破坏。¹ 这种快速的高能电弧放电有损坏宇航服结构内部关键层级的危险。¹ 电流的流动还存在烧毁或损坏集成在宇航服架构各处的敏感电子系统的风险。¹ 此外，电火花不仅对维持探险者生命的内部富氧环境构成严重威胁，还存在直接对机组成员造成有害电击的风险。¹

为防止这些危险后果发生，美国国家航空航天局设立了月球接地挑战赛，以征集减轻静电放电的创新构想。¹ 所提出的解决方案必须在极端电位差下实现对宇航员迅速且可靠的电荷中和。¹ 至关重要的是，该放电过程必须在太空行走人员与着陆器发生直接物理接触之前安全完成。¹ 通过持续至2027年1月15日、奖金为150,000美元的挑战赛窗口，该机构旨在获得能够保护月球南极舱外活动机组成员的成熟构想。¹