Бесшумно и пыльно: ученые оценивают неочевидные риски высадки на Луну24.07.2025 13:16

Когда космические аппараты садятся на Луну, их струи их тормозных двигателей поднимают огромные облака пыли и реголита, которые могут повредить дорогостоящее оборудование и угрожать будущим лунным базам. То же самое происходит и при взлете возвращаемых лунных аппаратов. Поскольку космические агентства планируют надолго обосноваться на Луне, понимание того, как образуются эти шлейфы, стало важным приоритетом.

Исследовательская группа, возглавляемая Руи Ни, доцентом кафедры машиностроения в инженерной школе Уайтинга при Университете Джона Хопкинса, помогает ответить на этот вопрос, исследуя взаимодействие реактивных струй с поверхностью Луны.

С 2021 года в сотрудничестве с Центром космических полетов имени Маршалла и Мичиганским университетом команда Руи Ни сосредоточила свое внимание на загадочном явлении — геометрически правильных полосах пыли, расходящихся от точки приземления, — впервые замеченным во времена «Аполлона» и вновь наблюдаемом во время недавнего прилунения посадочного модуля Blue Ghost компании Firefly Aerospace.

Эта пылевая закономерность так и не была полностью объяснена. Команда Руи Ни, чьи результаты опубликованы в Nature Communications, расшифровала гидродинамический механизм, скрывающийся за этим явлением, и показала, как безвоздушная среда Луны усиливает «пляску» частиц пыли во время спуска.

Ученые обнаружили, что характерные закономерности пылевых полос являются результатом так называемой неустойчивости Гертлера (the Görtler instability) — явления гидродинамики, при котором поток выхлопных газов над поверхностью Луны создает силы, которые генерируют вращающиеся вихри. Они и создают характерные узоры, которые наблюдаются в облаке лунной пыли.

Понимание этого явления — не просто научный интерес, но практическая необходимость. Взлетающая на большую высоту лунная пыль ведет себя как мощная пескоструйная машина, потенциально повреждая посадочные модули, места обитания, солнечные батареи и другую инфраструктуру, критически важную для внеземного аванпоста. Исследования дают важную информацию для проектирования более безопасных посадок и защиты будущих миссий от коварства той самой поверхности, которую они намерены исследовать и осваивать.

Команда установила систему из шести камер в вакуумном боксе Центра космических полетов имени Маршалла, поставив задачу изучить эрозию, вызванную струей газа, проходящей над слоем имитируемого лунного грунта. Используя эту установку, они зафиксировали образование воронки и проследили траекторию и скорость движения мелких частиц. С помощью имитатора лунного грунта в условиях, близких к вакууму, команда представила набор данных, который является первым в своем роде и имеет прямое отношение к будущим полетам на Луну.

Несмотря на то, что люди не были на Луне более полувека, космическая наука продолжает извлекать пользу из знаний эпохи «Аполлона». По мере приближения новых пилотируемых миссий пробелы в этих знаниях становятся все более существенными. Руи Ни отметил, что понимание проблемы пылевого шлейфа особенно важно для будущих миссий программы «Артемида», которая предусматривает многочисленные стационарные сооружения на поверхности Луны.

Автор отметил, что работа помогает выявлять риски, предлагает способы их снижения и улучшает прогнозы скорости эрозии грунта во время прилунений. Результаты экспериментов прокладывают путь по оптимизации посадок на Луне и уменьшению воздействия пылевых облаков на оборудование и обзор после осадки.

Недавно Hi-Tech Mail рассказал об альтернативной технологии доставки грузов на Луну.