Bettersizer S3 Plus misst Größe und Form von Mondproben, die von der Chang'E-5 Mission zurückgebracht wurden

Am 17. Dezember 2020 landete Chang'E-5 sicher mit Mondproben. Die Mission wurde erfolgreich abgeschlossen und brachte insgesamt 1731 Gramm Gesteins- und Bodenproben vom Mond zurück.

Abbildung 1. Vor-Ort-Kamerabilder der Probenahmestelle der Chang'E-5-Mission vor und nach der Ausgrabung

Am 12. Juli 2021 erhielt das Qian-Xuesen-Labor der Chinesischen Akademie für Raumfahrttechnik die erste Charge von Mondproben, die von der Nationalen Raumfahrtbehörde ausgegeben wurden, und führte Untersuchungen zu Größe, Morphologie und Zusammensetzung der Proben durch. Am 19. Oktober 2021 veröffentlichte die Chinesische Akademie der Wissenschaften die Forschungsergebnisse der wissenschaftlichen Chang'E-5-Mondproben, die unabhängig von chinesischen Wissenschaftlern durchgeführt wurden. Der Bettersizer S3 Plus Laser-Partikelgrößen- und Partikelformanalysator wurde als Hauptanalysegerät eingesetzt und schloss die Aufgabe erfolgreich ab.

Abbildung 2. Die Freigabekonferenz für die erste Charge wissenschaftlicher Mondforschungsproben

Abbildung 3. Bettersizer S3 Plus Laser-Partikelgrößen- und Formanalysator

Die Untersuchung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Mondbodens ist von enormer Bedeutung für die Erforschung des Mondes und die Nutzung der Mondressourcen. Die Bestimmung der Korngröße und -verteilung des Mondbodens ist für den Menschen eine große Hilfe beim Verständnis des Mondes. Ob eine Anhäufung von Partikeln vorliegt, spiegelt das Vorhandensein von Wasservorkommen auf dem Mond wider, und aus den Verteilungsergebnissen lassen sich auch Rückschlüsse auf die natürlichen Phänomene des Mondes ziehen, einschließlich der Einwirkung des Sonnenwindes, meteorologischer oder mikrometeorologischer Einflüsse und der Verwitterung. Durch die Messung der Kornform und -größe des Mondbodens an verschiedenen Stellen können die Ursachen für die unterschiedliche Topografie des Mondes untersucht werden. Das Labor von Qian Xuesen verwendete den Bettersizer S3 Plus, um die Kornform und Korngrößenverteilung der Probe zu messen. Bettersizer S3 Plus ist eine Kombination aus Laserbeugung und dynamischer Bildanalyse. Beide Technologien ergänzen sich gegenseitig, um den Umfang der Analyse zu erweitern, eine genaue Messung der Partikelgröße von Millimeter-, Mikrometer- und sogar Nanometerproben zu ermöglichen und den Forschern die Möglichkeit zu geben, die Form der Partikel genau zu bestimmen.

'Die Partikelgrößen- und -formverteilungen für CE-5 LR wurden mit dem Bettersizer S3 Plus Laserdiffraktometer gemessen, das mit einem Bildanalysegerät gekoppelt ist. Mit dem Laserdiffraktometer mit einer Lichtwellenlänge von 532 nm konnten Partikelgrößen zwischen 0,01 und 3500 µm analysiert werden. Die Bilder der Partikel wurden im Größenbereich von 2 bis 3500 µm aufgezeichnet und analysiert.' (Science China) Diese Arbeit wird im März 2022 veröffentlicht.

Abbildung 4. Laserbeugung und dynamische Bildgebung in einem System (von Bettersize patentierte Technologie)

Den Experimenten zufolge weist der Mondboden eine breite Palette von Partikelgrößenverteilungen auf, wobei kleine Partikel bis zu 0,31 μm und große Partikel bis zu 515,70 μm reichen. Nach dem kumulativen Verteilungsdiagramm der Partikelgröße sind die typischen Partikelgrößenwerte, die üblicherweise in der Bodenanalyse verwendet werden: D10, D30, D50 und D60 sind 4,75±0,39 μm, 24,34±0,91 μm, 55,24±0,96 μm und 71,87±0,89μm. Die breite Größenverteilung der Mondbodenproben lässt sich aus dem Häufigkeitsverteilungsdiagramm der Partikelgröße ablesen, und die Partikelgrößenverteilung ist eine kontinuierliche Form. Das von der Hochgeschwindigkeits-CCD-Kamera im Bettersizer S3 Plus aufgenommene Bild zeigt, dass die Körner des Mondbodens eine einheitliche Form mit einer durchschnittlichen Rundheit von 0,875 haben, und nur etwa 10 % der Partikel haben eine Rundheit, die kleiner als dieser Wert ist.

Dieses Ergebnis unterscheidet sich von den früheren Messergebnissen der Mondbodenproben, die im Rahmen des Apollo-Programms zurückgebracht wurden. Der Grund für diesen Unterschied liegt in der Klassifizierungsmethode: Bei den Apollo-Mondbodenproben wurde eine auf der Qualität basierende Siebmethode verwendet. Von 2008 bis 2010 wurden die Apollo-Mondbodenproben erneut mit der Lasermethode analysiert, und das Ergebnis des mittleren Durchmessers lag bei 66,47-30,05 μm, was näher am Ergebnis des Bettersizer S3 Plus liegt. Der Bettersizer S3 Plus hat eine stärkere Dispergierwirkung auf die Proben, vermeidet das mögliche Agglomerationsphänomen der Screening-Methode und verursacht keine Schäden und Verluste an wertvollen Proben, und die Ergebnisse sind intuitiver und zuverlässiger.

Abbildung 5. Partikelform und Größenverteilung der Mondprobe CE5C0400. (a) Repräsentative Bilder einzelner Partikel mittels Laserbeugung; (b) Kreisformverteilung mit Größen zwischen 15,0 und 438,2 µm; (c) prozentuale Volumenverteilung; (d) kumulatives Volumenprofil mittels Laserbeugung.

Tabelle 1: Grundlegende physikalische Eigenschaften der von der Chang'E-5-Mission gelieferten Mondprobe CE5C0400

Bettersizer S3 Plus hat viele weitere herausragende Beiträge zur Erforschung des Mondbodens geleistet, und seine kombinierte Laser- und Bildtechnologie bietet Unterstützung für die Laborforschung. Das Labor von Qian Xuesen verwendete simulierten Mondboden, um die Genauigkeit des Instruments zu überprüfen. Die experimentellen Ergebnisse zur Partikelform und -größe waren genau und zuverlässig, und die vom Gerät gelieferten Analyseergebnisse sind von großer Bedeutung. Daher wählte das Labor von Qian Xuesen weiterhin Bettersize-Instrumente, um die Größe und Morphologie der echten, wertvollen Mondbodenproben zu untersuchen.

Auf der anderen Seite der Erde, am Institut für Umwelt- und Geowissenschaften der Universität München, wurden ebenfalls Bettersize-Geräte zur Analyse und Erforschung des Mondbodens eingesetzt. Die Ergebnisse des Bettersizer S3 Plus wurden von diesem Labor ebenfalls sehr positiv bewertet.

Abbildung 6. Der Bettersizer S3 Plus im Einsatz am Institut für Umwelt- und Geowissenschaften der Universität München, Deutschland

Viele internationale wissenschaftliche Spitzenforschungsprojekte nutzten den Bettersizer S3 Plus Laser-Partikelgrößen- und Formanalysator für Projektforschung und zur Analyse seltener Proben. Bettersize Instruments wird seine Technologie auch in Zukunft weiter verbessern und der nationalen und internationalen Luft- und Raumfahrtindustrie mit überlegener Produktqualität zu einem höheren Niveau verhelfen.

Für weitere Informationen über die Chang'E-5 Mission besuchen Sie bitte: https://bit.ly/3oF00YE
Für weitere Informationen über Bettersizer S3 Plus, besuchen Sie bitte:https://bit.ly/3rQiHeb