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Lunar Levitation Dust Instrument for a Lander: Investigating Electrostatic Dust Transport on the Moon

Althaus, Christian und Grott, Matthias und Dabhi, Keval und Chauhan, Shreya und Binger, Jan und Srama, Ralf und Li, Y. (2025) Lunar Levitation Dust Instrument for a Lander: Investigating Electrostatic Dust Transport on the Moon. European Lunar Symposium, 2025-06-22 - 2025-06-27, Münster, Deutschland. doi: 10.5281/zenodo.15463285.

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Offizielle URL: https://zenodo.org/records/15463285

Kurzfassung

Dust levitation on the lunar surface, first observed by Surveyor 6 as horizon glow at the terminator, remains a significant challenge in understanding electrostatic dust transport mechanisms. The study of lunar dust is critical due to its potential hazards for surface operations, including optical degradation of scientific instruments, lunar based astronomy, increased wear on mechanical components, and risks to astronaut health. Furthermore, understanding dust dynamics is essential for the success of future lunar exploration missions, including the Artemis program and the establishment of long-term lunar bases. This research presents the theoretical framework, instrument development, and initial experimental validation of a dedicated lunar dust levitation detection system designed for deployment on a lunar lander. The instrument utilizes a 532 nm pulsed laser in conjunction with a stereo camera system to detect and characterize levitated dust particles within distances of up to 10 m. The targeted particle size range extends from 1 to 20 µm, with the potential to detect larger particles. The theoretical framework incorporates electrostatic charging, which is mainly by local plasma environment, photoemission of electrons due to solar Ultraviolet (UV) and X-rays, and lofting mechanismsas well as particle dynamics to model the size distribution and motion of dust in the Moon’s near-surface plasma environment. The generated electrostatic surface potential accelerate dust particles of certian size which are then lofted above the surface and launched into sheat the region with upward velocity, as described in the dynamic fountain model of lunar dust. Following to the work, we calculate the maximum height (Zmax) reached by dust particles of micron range (1-10 µm) and the exit velocity at the top of the sheath (Vexit) for the cases of fast and slow solar streams. It is observed that only under fast solar streams the particles gain the required electrostatic potential to escape the sheath.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217115/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Lunar Levitation Dust Instrument for a Lander: Investigating Electrostatic Dust Transport on the Moon
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Althaus, ChristianChristian.Althaus (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0000-1257-3867NICHT SPEZIFIZIERT
Grott, MatthiasMatthias.Grott (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8613-7096NICHT SPEZIFIZIERT
Dabhi, Kevalkeval.dabhi (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chauhan, Shreyashreya.chauhan (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Binger, JanJan.Binger (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Srama, RalfUniversity of Stuttgart, Institute of Space Systems (IRS), Stuttgart, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Li, Y.University of Stuttgart, Institute of Space Systems (IRS), Stuttgart, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:25 Juni 2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.5281/zenodo.15463285
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lunar, Dust, Electrostatic, Instrument, Laser, Detection, Regolith
Veranstaltungstitel:European Lunar Symposium
Veranstaltungsort:Münster, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:22 Juni 2025
Veranstaltungsende:27 Juni 2025
Veranstalter :Uni Münster
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Instrumentenentwicklung
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetare Sensorsysteme
Hinterlegt von: Althaus, Christian
Hinterlegt am:02 Okt 2025 11:28
Letzte Änderung:02 Okt 2025 11:28

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