Bettersizer S3 Plus mede o tamanho e a forma das amostras lunares devolvidas pela missão Chang'E-5

Em 17 de dezembro de 2020, a Chang'E-5 aterrissou em segurança com amostras lunares. A missão foi concluída com sucesso, trazendo de volta um total de 1.731 gramas de amostras de rocha e solo lunares.

Figura 1. Imagens da câmera no local de amostragem da missão Chang'E-5 antes e depois da escavação

Em 12 de julho de 2021, o Laboratório Qian Xuesen da Academia Chinesa de Tecnologia Espacial obteve o primeiro lote de amostras lunares emitido pela Administração Espacial Nacional e realizou pesquisas sobre o tamanho, a morfologia e a composição das amostras. Em 19 de outubro de 2021, a Academia Chinesa de Ciências divulgou os resultados da pesquisa das amostras de pesquisa científica lunar Chang'E-5, a pesquisa foi conduzida de forma independente por cientistas chineses. O analisador de tamanho e forma de partículas a laser Bettersizer S3 Plus foi usado como o principal equipamento de análise e concluiu a tarefa com sucesso.

Figura 2. A conferência de lançamento do primeiro lote de amostras de pesquisa científica lunar

Figura 3. Analisador de tamanho e forma de partículas a laser Bettersizer S3 Plus

O estudo das propriedades físicas e químicas do solo lunar tem enorme importância para a exploração da Lua e a utilização dos recursos lunares. A detecção do tamanho e da distribuição dos grãos do solo lunar é de grande ajuda para os seres humanos compreenderem a Lua. O fato de haver ou não aglomeração de partículas reflete a existência de recursos hídricos na Lua, e os resultados da distribuição também podem ser usados para inferir os fenômenos naturais da Lua, incluindo a injeção de vento solar, impactos meteorológicos ou micrometeorológicos e intemperismo. Ao medir as informações sobre a forma e o tamanho dos grãos do solo lunar em diferentes locais, é possível estudar as causas das diferentes topografias da Lua. O laboratório de Qian Xuesen usou o Bettersizer S3 Plus para medir a forma e a distribuição do tamanho das partículas da amostra. O Bettersizer S3 Plus é uma combinação de difração a laser e análise dinâmica de imagens. Ambas as tecnologias se complementam para expandir o escopo da análise, realizar medições precisas do tamanho das partículas de amostras milimétricas, micrométricas e até nanométricas, além de permitir que os pesquisadores conheçam bem o formato das partículas.

'As distribuições de tamanho e forma de partículas para o CE-5 LR foram medidas por meio do difratômetro a laser Bettersizer S3 Plus acoplado a um analisador de imagens. O difratômetro a laser com um comprimento de onda de luz de 532 nm pode analisar tamanhos de partículas entre 0,01 e 3500 µm. Enquanto as imagens das partículas foram registradas e analisadas na faixa de tamanho de 2-3500 µm.' (Science China) Esse artigo será publicado em março de 2022.

Figura 4. Sistema dois em um de difração a laser + imagem dinâmica (tecnologia patenteada pela Bettersize)

De acordo com os experimentos, o solo lunar tem uma ampla gama de distribuição de tamanho de partículas, com partículas pequenas chegando a 0,31 μm e partículas grandes chegando a 515,70 μm. De acordo com o diagrama de distribuição cumulativa do tamanho das partículas, os valores típicos de tamanho de partículas comumente usados na análise do solo são D10, D30, D50 e D60 são 4,75±0,39 μm, 24,34±0,91 μm, 55,24±0,96 μm e 71,87±0,89 μm. A ampla distribuição de tamanho das amostras de solo lunar pode ser observada no diagrama de distribuição de frequência do tamanho da partícula, e a distribuição do tamanho da partícula tem uma forma contínua. A imagem tirada pela câmera CCD de alta velocidade equipada no Bettersizer S3 Plus mostra que os grãos do solo lunar têm um formato uniforme, com uma circularidade média de 0,875, e apenas cerca de 10% das partículas têm uma circularidade menor que esse valor.

Esse resultado é diferente dos resultados das medições anteriores das amostras de solo lunar trazidas pelo programa Apollo. O motivo da diferença está no método de classificação - as amostras de solo lunar da Apollo usaram um método de peneiramento baseado na qualidade. De 2008 a 2010, o método a laser foi usado para analisar novamente as amostras de solo lunar da Apollo, e o resultado do diâmetro médio foi de 66,47-30,05 μm, mais próximo do resultado do Bettersizer S3 Plus. O Bettersizer S3 Plus tem um efeito de dispersão mais forte nas amostras, evita o possível fenômeno de aglomeração do método de peneiramento, não causa danos e perdas a amostras preciosas e os resultados são mais intuitivos e confiáveis.

Figura 5. Forma das partículas e distribuições de tamanho da amostra lunar CE5C0400. (a) Imagens representativas de partículas individuais por difração a laser; (b) distribuição de circularidade com tamanhos que variam de 15,0 a 438,2 µm; (c) distribuição percentual de volume; (d) perfil de volume cumulativo por difração a laser.

Tabela 1 Propriedades físicas básicas da amostra lunar CE5C0400 devolvida pela missão Chang'E-5

O Bettersizer S3 Plus fez muitas outras contribuições extraordinárias para a pesquisa do solo lunar, e sua tecnologia combinada de laser e imagem fornece assistência para pesquisas de laboratório. O laboratório de Qian Xuesen usou solo lunar simulado para verificar a precisão do instrumento. Os resultados experimentais do formato e do tamanho das partículas foram precisos e confiáveis, e os resultados analíticos fornecidos pelo instrumento são de grande referência. Portanto, o laboratório de Qian Xuesen continuou a escolher os instrumentos Bettersize para estudar o tamanho e a morfologia das amostras reais e preciosas de solo lunar.

Do outro lado do planeta Terra, o Instituto de Ciências Ambientais e da Terra da Universidade de Munique, na Alemanha, também usou os instrumentos Bettersize para análise e pesquisa do solo lunar. Os resultados do Bettersizer S3 Plus também receberam ótimas críticas do laboratório.

Figura 6. O Bettersizer S3 Plus atualmente em serviço no Instituto de Meio Ambiente e da Terra da Universidade de Munique, Alemanha

Muitos projetos internacionais de pesquisa científica de ponta usaram o analisador de tamanho e forma de partículas a laser Bettersizer S3 Plus para a pesquisa de projetos e para analisar amostras raras. A Bettersize Instruments continuará aprimorando sua tecnologia no futuro e ajudará o setor aeroespacial nacional e internacional a atingir um nível mais alto com produtos de qualidade superior.

Para obter mais informações sobre a missão Chang'E-5, acesse: https://bit.ly/3oF00YE
Para obter mais informações sobre o Bettersizer S3 Plus, visite:https://bit.ly/3rQiHeb