NASA hledá v soutěži způsob, jak bezpečně vybít astronauta nabitého na Měsíci

NASA 5. října 2026 otevřela soutěž Lunar Grounding Challenge. Hledá v ní zařízení a postup, kterým se astronaut po výstupu na povrch Měsíce zbaví elektrického náboje dřív, než sáhne na přistávací modul. Na cenách rozdělí až 150 000 dolarů a návrhy přijímá do 15. ledna 2027 přes platformu NASA Tournament Lab.

Proč se astronaut nabíjí

Podle zadání se skafandr nabíjí dvěma cestami naráz. Při chůzi tře podrážka o regolit a vyměňuje si s ním náboj, čemuž se říká triboelektrický jev. K tomu se přidává náboj z plazmatu, které na Měsíc dopadá se slunečním větrem. Na osvětleném povrchu se oba vlivy zhruba vyrovnají: sluneční světlo vyráží ze skafandru elektrony a na oblek zároveň dosedají kladné ionty.

Ve stínu a v trvale zastíněných oblastech u jižního pólu to neplatí. Světlo tam nesvítí, iontů je málo, takže skafandr sbírá elektrony a jeho záporné napětí roste. NASA to v zadání píše natvrdo: z astronauta se stane „chodící vysokonapěťový kondenzátor“. Přistávací modul přitom stojí na slunci a drží mírně kladné napětí, takže při dotyku může mezi oběma přeskočit jiskra.

Rychlý výboj by podle NASA mohl poškodit vrstvy skafandru i jeho elektroniku, ohrozit prostředí s vysokým podílem kyslíku uvnitř obleku a dát posádce nebezpečnou ránu. Na Zemi takový náboj odvede vodivá půda. Měsíc tuhle cestu nenabízí: regolit je v mrazu skoro dokonalý izolant.

Co musí řešení zvládnout

Technické meze stojí na stránce soutěže, na stránce NASA nejsou. Zařízení má bez oblouku vybít astronauta nabitého na −100 kV a níž proti modulu s napětím kolem +100 V. Proud tekoucí do skafandru nesmí překročit 1 mA a cíl je 0,2 mA, tedy pod hranicí, kdy člověk výboj vůbec ucítí. Kdyby oblouk přece vznikl, nesmí se dotknout skafandru ani člověka.

K tomu platí meze na hmotnost a provoz:

• celé zařízení musí vážit méně než 20 kg, rozměry a příkon upřesní NASA až během soutěže,
• vydrží čtyři výstupy během deseti dnů,
• z modulu smí brát nejvýš 40 W,
• pracuje v teplotách od −361 do −31 °F, tedy zhruba od −218 do −35 °C; zadání ten rozsah uvádí jako průměr pro misi Artemis IV,
• počítá s prachem o zrnech asi 0,02 až 10 μm.

Prach je tu víc než jen špína. Podle zadání ho ve stínu poletuje kolem a na skafandru se usadí tolik, že jiskra přeskočí delší vzdálenost, než by přeskočila v čistém vakuu.

Astronauta zadání modeluje jako kondenzátor s kapacitou 200 pF. Z toho se dá dopočítat, o jak velký náboj jde: při −100 kV nese oblek 20 μC a energii kolem jednoho joulu (Q = C·U, E = ½·C·U²). Při stálém proudu 0,2 mA by náboj odtekl za desetinu sekundy. Zadání přesto jako nejhorší případ připouští vybíjení dlouhé 30 sekund.

Soutěž má dvě kola. V prvním se posílá jen návrh, prototyp ani zkoušky se nežádají. Do druhého kola postoupí nejvýš pět finalistů. Ti dostanou od hodnotitelů písemné připomínky, které mají pojmenovat slabá místa, ale řešení nenavrhují, a podle nich návrh dopracují.

Co o tom NASA spočítala už dřív

Nebezpečí není nové. Tým z Goddardova střediska NASA pod vedením Telany Jackson ho popsal v práci Discharging of Roving Objects in the Lunar Polar Regions, kterou v červenci 2011 otiskl Journal of Spacecraft and Rockets; rukopis je volně na serveru NASA. Autoři vyšli z laboratorních měření, podle nichž vodivost měsíční horniny klesá z 10⁻⁶ S/m při 1 000 K na 10⁻¹⁷ S/m při 100 K. V mrazu u pólů proto podle nich odvádí náboj hlavně okolní plazma, ne povrch pod nohama.

Model pracoval s astronautem ve vodivém skafandru o kapacitě kolem 100 pF, kterému každý krok přidá zhruba 136 V. Autoři ho postavili na tři místa. Mimo kráter, kde je oblek v nerušeném slunečním větru, se náboj mezi kroky ztratí. Na vzdálený okraj kráteru stáčí ionty ambipolární elektrické pole, takže při kroku jednou za deset sekund napětí stihne klesnout zpět. Na závětrné stěně cesta pro náboj chybí a nabíjení se sčítá krok za krokem: při kroku každé dvě sekundy se oblek za zhruba půl minuty chůze dostal pod −2 kV.

Pro skafandr z toho autoři vyvodili dvojí doporučení. Velkou vodivou plochu, aby oblek držel elektrické spojení s plazmatem, a podrážku, která je zároveň vodivá a vůči regolitu se nabíjí málo. Jako kandidáty jmenovali kovy alkalických zemin, vápník a hořčík, a dodali, že je u nich potřeba prověřit i reaktivitu.

Čísla v obou dokumentech jsou ale jinde. Model z roku 2011 se za půl minuty chůze dostal pod −2 kV a napětí mu dál rostlo; soutěž počítá rovnou se −100 kV a víc. Jak dlouhá chůze, jaký skafandr nebo jaké prostředí k té hodnotě vedou, zadání neuvádí, a ze zveřejněných podkladů se to dohledat nedá.

Zdroje

• Lunar Grounding Challenge, NASA, 6. 10. 2026
• Lunar Grounding Challenge – zadání, pravidla a technické meze, NASA Tournament Lab na platformě CrowdPlat
• T. L. Jackson a kol.: Discharging of Roving Objects in the Lunar Polar Regions, Journal of Spacecraft and Rockets 48 (4), červenec 2011, s. 700–704
• Rukopis téže práce, NASA Technical Reports Server