月球风化层(又名月尘)是前往月球的任务的主要危险。它在地表上无处不在——在某些地方有5到10米(约16.5到33英尺)的深度——更不用说锯齿状和粘稠的了。在阿波罗任务期间，宇航员了解到这些尘埃是如何附着在所有东西上的，包括他们的宇航服。更糟糕的是，它会被追踪回他们的登月舱(LM)，粘附在月球表面并对电子和机械设备造成严重破坏，甚至导致长期呼吸系统问题。

宇航员将追踪尘埃进入月球门户

这是阿耳emi弥斯计划的主要关注点，该计划旨在建立“月球探索和开发的持续计划”。该计划的关键要素之一是月球门户，这是一个月球栖息地，将在计划的15年内绕月运行，并促进长期的月球表面任务。宇航员从地表返回时引入的风化层所产生的影响尚不清楚。在最近的一篇论文中，由NASA领导的研究团队创建了一个基于物理的模型来评估风化层如何随着时间的推移影响栖息地。

该团队由总部位于休斯顿的咨询、分析和政府/军事承包商BoozAllenHamilton的首席航空航天工程师RonaldG.Lee领导。来自美国宇航局约翰逊航天中心、美国宇航局马歇尔太空飞行中心、欧洲航天局欧洲空间研究与技术中心(ESTEC)以及总部位于休斯顿的工程公司JacobsTechnology和航空航天承包商BarriosTechnology的科学家加入了他的行列。描述他们模型的论文最近出现在ActaAstronautica上。

虽然大多数进入地球大气层的流星在到达地表之前都会燃烧殆尽，但月球是一个没有空气的环境。结果，数十亿年的撞击粉碎了表面，产生了细小的二氧化硅颗粒。没有大气层也意味着这些粒子没有经历风或降水的风化作用，使它们变得畸形和参差不齐。这些粒子与来自太阳日冕(又名太阳风)的带电等离子体之间的相互作用使风化层带静电，使其粘附在带电表面上。

这种灰尘在阿波罗任务期间造成了许多问题，包括阿波罗16号和17号任务期间月球侦察车(LRV)电池的热控制问题。阿波罗17号任务的指挥官EugeneCernan甚至宣称月球风化层是月球探索的最大挑战。“我认为灰尘可能是我们在月球上进行名义上的行动的最大阻碍之一，”他说。“我认为我们可以克服除灰尘以外的其他生理或物理或机械问题。”

在未来几年，阿尔忒弥斯计划将自阿波罗时代以来首次将宇航员送上月球。但与之前留下各种科学实验和“足迹和旗帜”的载人登陆不同，阿尔忒弥斯计划将建立持久的基础设施。除了月球门户，宇航员在月球表面进行科学操作时还将依赖阿尔忒弥斯大本营。ESA和中国也有月球基础设施计划，分别称为月球村和国际月球研究站(ILRS)。

这意味着多个航天机构和商业合作伙伴往返于地面和宇航员进行定期的舱外活动(EVA)。大量的月球风化层被掀起并追踪回车辆和栖息地，这将导致宇航服和车辆磨损，其磨损程度令人难以置信。它还会对机械、动力系统、生命支持系统和其他重要部件造成严重破坏。空中风化层也会对宇航员、商业船员和月球游客带来健康风险。

由于存在多个相互作用的任务元素，情况将复杂得多。正如他们所写的那样，“面临的独特挑战是它不会像阿波罗指挥和服务模块那样，在计划的15年使用寿命内一次性暴露在月球尘埃中，但每个涉及Artemis架构中提出的的几个地面任务。和停靠在其上的访问车辆的外部覆盖在关键系统中，例如太阳能电池阵列、散热器、对接机制和密封件、流体传输连接器、通信天线、外部机器人系统和科学有效载荷。”

幸运的是，自阿波罗任务以来，已经进行了大量研究来表征月球风化层的物理特性。基于此，科学家推断月球风化层造成的危害是动态的，取决于航天器配置、姿态(相对于太阳)和等离子体环境。在之前的一项研究中，Lee和合著者GaryL.Brown(BarriosTechnology)开发了一种新模型来描述它对月球网关构成的威胁，他们将其命名为网关在轨月球尘埃建模和分析程序(GOLDMAP).

使用这个模型，Lee、Brown和他们的团队考虑了Artemis任务架构并对其不同方面进行了建模。这包括使用NASA自然环境设计规范(DSNE)的自然环境和航天器充电、开源航天器等离子体交互软件(SPIS)以及来自Steward天文台镜面实验室(SOML)的数据。这与时间相关的粒子传输模型相结合，该模型使用西门子STAR-CCM软件来表征流体动力学。

由此，他们得出了关于网关和宇航员使用载人着陆系统(HLS)进出可能造成的污染的各种结论。正如研究人员所写，“在月球表面任务期间，HLS飞行器元件可能会受到月球表面小月球风化层颗粒的污染，这是由于自然现象，例如在月球表面上方几米范围内的静电漂浮和悬浮，以及微流星体的影响，实验和建模都表明这些影响会导致近地表和高海拔尘埃数量，以及人类表面活动，包括下降和上升期间推进器的PSI。”

基于此，很明显月球门户——未来月球探索和开发的枢纽点——很容易受到尘埃转移的影响。因此，也明确了对从月球表面返回的宇航员进行去污措施的必要性。展望未来，Lee和他的同事们强调，有必要使用NASA专家和学者进行的实验室实验来验证模型。他们还建议未来在网关外部安装在轨灰尘检测和集尘有效载荷。

随着Artemis计划的展开，这些实验的结果将有助于为NASA的任务规划人员和上的操作提供信息。它还可能为未来在月球表面操作的指南和“最佳实践”提供信息。