Инженеры выяснили, почему при посадке на Луну пыль ведет себя как пескоструй
Каждая посадка аппарата на Луну сопровождается мощным выбросом лунной пыли. Острые частички разлетаются с такой силой, что могут повредить посадочные модули, солнечные панели и другие механизмы, не говоря уже о скафандрах. Американские инженеры смогли объяснить, почему на поверхности естественного спутника Земли остаются загадочные пылевые узоры. Сейчас исследователи ищут способ обезопасить будущие автоматически и пилотируемые миссии.
Исследование провела команда Руя Ни, доцента машиностроения из Университета Джонса Хопкинса. Ученые выяснили, как поток газа от ракетного двигателя взаимодействует с лунной пылью, и нашли объяснение характерным лучеобразным полосам, которые видели еще во время миссий «Аполлон». Эти узоры вновь появились при посадке модуля Blue Ghost от компании Firefly Aerospace, и теперь ясно, что вызывает их появление.
Как выяснилось, дело в так называемой неустойчивости Гертлера — это тип гидродинамической неустойчивости, которая возникает в потоках жидкости или газа, обтекающих вогнутую поверхность. Она проявляется в виде образования вихрей, ориентированных вдоль потока. На Луне, где нет атмосферы, такой эффект особенно заметен: частицы пыли закручиваются и летят по спирали, оставляя на поверхности характерные полосы.
Руй Ни пояснил, что изучение пылевых потоков важно не для праздного научного интереса, а для безопасности будущих экспедиций. Лунная пыль движется с огромной скоростью, а еще она ужасно острая. Из-за этого поток реголита работает как струя из пескоструйного аппарата: он запросто может повредить космический аппарат, скафандр и жилую базу.
Чтобы воспроизвести условия Луны, исследователи собрали экспериментальную установку в вакуумной камере NASA в Центре космических полетов имени Маршалла. На дне камеры они разместили слой симулированного лунного грунта и направили на него струю газа, имитирующую выхлоп ракеты. За процессом следили шесть высокоскоростных камер. Система позволила точно измерить, как формируются кратеры, как разлетаются пылинки и с какой скоростью они движутся.
Эти данные помогут инженерам лучше рассчитывать траектории пыли, оценивать риск эрозии и проектировать посадочные модули так, чтобы минимизировать вред от пылевых струй. Результаты опубликовали в журнале Nature Communications.
Особенно важно это исследование в контексте программы Artemis, в рамках которой NASA планирует создать постоянную базу на Луне. До возвращения человека на спутник Земли прошло уже больше 50 лет, и хотя технологии шагнули вперед, старые проблемы вновь выходят на первый план. Команда Ни надеется, что их работа поможет понять, а главное снизить риски при подготовке новых миссий.
Самое популярное
