Тайна лунной пыли: чем займется российский прибор ПмЛ-Ч7 на борту китайской станции «Чанъэ-7»
В ближайшие дни к нашему естественному спутнику отправится китайская автоматическая станция «Чанъэ-7». На ее борту, среди прочего оборудования, установлен российский прибор «Пылевой мониторинг Луны» (ПмЛ-Ч7), созданный в Институте космических исследований (ИКИ) РАН. Его задача — изучить пылевую экзосферу Луны, зафиксировать удары микрометеоритов и измерить параметры плазмы. Как устроен ПмЛ-Ч7 и что нового он может поведать о лунной пыли, рассказал научный руководитель эксперимента Александр Захаров.
Что такое прибор ПмЛ-Ч7
ПмЛ-Ч7 (Пылевой мониторинг Луны, Lunar Dust and Plasma Instrument) — это российский эксперимент по исследованию лунной пыли и параметров приповерхностной плазмы. Прибор входит в состав комплекса научной аппаратуры китайской автоматической межпланетной станции «Чанъэ-7». Он установлен в рамках соглашения между Госкорпорацией «Роскосмос» и Китайской национальной космической администрацией (КНКА), заключенного в 2019 году.
Над созданием этого прибора трудился большой коллектив ученых из около 20 человек. Среди них — сотрудники отдела физики планет и других отделов ИКИ РАН. Главным конструктором прибора выступил Геннадий Дольников, а ведущим конструктором по прибору — Илья Кузнецов. Руководителями проекта являются Владислав Третьяков, заместитель директора, и Дмитрий Зарубин, ведущий инженер, координатор международных проектов ИКИ РАН. Научный руководитель программы исследований Луны — академик Лев Зеленый, научный руководитель Института.
«Изначально идея совместного эксперимента появилась в рамках российско-китайской группы по научной программе Международной научной лунной станции (ее сопредседатель с российской стороны — директор ИКИ РАН академик Анатолий Петрукович). Постепенно в рамках этого небольшого, но важного проекта сложился хороший "межведомственный" российский и международный коллектив», — поделился научный руководитель эксперимента ПмЛ-Ч7 Александр Захаров.
Прибор ПмЛ-Ч7 состоит из блока пьезокерамических (ПК) сенсоров, чувствительных к ударам пылевых частиц, и электростатического датчика, включающего индукционный зонд и зонд Ленгмюра.
Когда пылевая частица попадает на пьезокерамический сенсор, инструмент оценивает ее механический импульс, что в свою очередь позволяет судить о ее массе и скорости. Между тем зонд Ленгмюра позволяет определить локальные параметры окружающей плазмы, в частности плотность и температуру, а по сигналу индукционного датчика — электрический заряд частицы.
Как на Луне образуется пыль
Что мы знаем о лунной пыли? На Земле нет аналогов этому материалу. Главное отличие — отсутствие атмосферы и магнитного поля. Поверхность Луны постоянно бомбардируют солнечный ветер и микрометеориты, превращая коренную породу в рыхлый реголит. Слой этот, по словам ученых, достигает нескольких метров в глубину.
«Вся поверхность Луны покрыта частицами от нанометров до валунов, но основная масса имеет размер от 40 до 60 микрон. Это меньше толщины человеческого волоса», — поясняет Александр Захаров.
Однако физические свойства этих микрочастиц куда интереснее их размера. Из-за отсутствия атмосферы ультрафиолет Солнца беспрепятственно достигает грунта, выбивая из него электроны. Поверхность заряжается положительно, а над ней формируется облако отрицательных фотоэлектронов.
«На каждую частицу действуют три силы: тяжесть, сцепление с соседями и электростатическая сила. Если последняя превышает сумму двух других, частица отрывается и левитирует над Луной», — рассказывает Захаров.
Ученые предполагают, что этот эффект работает для наночастиц, и именно так формируется загадочное облако пыли над поверхностью. В отличие от земного песка, лунные зерна имеют острые, режущие края — как битое стекло, ведь они образовались в результате ударного воздействия.
Чем опасна лунная пыль
Интерес к лунной пыли возник не на пустом месте. Еще в 1960-х годах аппараты Surveyor и советский «Луноход-2» заметили странное свечение возле терминатора — границы дня и ночи. Позже, во время миссии «Аполлон-17», астронавты развернули прибор LEAM. Он регистрировал максимальное количество частиц именно на восходе и закате Солнца.
«Пыль всех взволновала во время программы "Аполлон". Она оседала на радиаторах, меняла тепловой режим. Лазерные отражатели, установленные и американцами, и нашими учеными, за 40 лет снизили эффективность примерно на порядок», — отмечает Захаров.
Особую опасность представляет так называемая «дополнительная пыль» — та, что поднимается при посадке и старте ракет. По оценкам, масса выброшенной «Аполлонами» пыли сравнима с массой всей естественной экзосферы Луны.
«В условиях вакуума частицы приобретают вращательный импульс. С острыми краями они начинают напоминать сюрикены. Энергия невелика, но они способны повреждать технику и даже проникать через скафандры. Астронавты жаловались на раздражение, когда вдыхали пыль в кабине. По современным оценкам, еще несколько выходов на Луну — и скафандры могли бы потерять герметичность», — предупреждает ученый.
Как же защититься от этого агрессивного материала? Александр Захаров рассказал о двух подходах. Активные методы — это электростатические «сдуватели». Пассивные — создание поверхностей, напоминающих лист лотоса, к которому благодаря микроструктуре ничего не прилипает.
Как прибор ПмЛ-Ч7 будет работать на Луне
Прибор ПмЛ-Ч7 включат уже на поверхности естественного спутника Земли, подчеркнул Александр Захаров. Его основная работа пока планируется в течение лунного дня (около 14 земных дней). «Мы попросили, чтобы была возможность включать его и при прохождении терминатора и хотя бы на короткое время ночью. Но это будет зависеть от условий работы посадочного аппарата», — пояснил эксперт.
Информацию с прибора ПмЛ-Ч7 будут стараться передавать ежедневно. По результатам работы у наземной команды будет возможность корректировать научную программу инструмента. Александр Захаров выразил надежду, что как минимум в течение года после получения информации российские и китайские ученые подготовят совместную статью.
В основе работы прибора ПмЛ-Ч7 — ударный метод регистрации частиц. Пьезопластинка будет определять импульс, полученный при ударе частицы. Кроме того, ПмЛ-Ч7 сможет измерять параметры плазмы, влияющей на динамику пылевых частиц над поверхностью реголита.
ПмЛ-Ч7 — копия прибора, установленного на российской автоматической станции «Луна-25». Во время ее полета ПмЛ зафиксировал попадание частицы на окололунной орбите. Для следующей посадочной станции «Луна-27» разрабатывается усовершенствованный вариант прибора, больших размеров. Датчики планируется разместить не на корпусе, как у ПмЛ-Ч7, а на штанге, что позволит уменьшить влияние самого аппарата на окружающую среду.
«Для "Чанъэ-7" этого не было сделано, так как при подписании договора об установке ПмЛ нам поставили жесточайшие сроки поставки прибора, — объяснил Александр Захаров. — Поэтому сложно ожидать очень точных результатов: в ходе лунной экспедиции "Чанъэ-7" у нас не было возможности установить штангу с детектором отдельно от аппарата. Сам прибор закреплен непосредственно на корпусе, который, в свою очередь, накапливает статический заряд под воздействием солнечного излучения. Таким образом, он будет либо притягивать частицы, либо отталкивать — в зависимости от того, какой стороной к Солнцу окажется наш аппарат».
Впрочем, добавил Захаров, результаты все равно ожидаются очень интересными, ведь китайская станция должна совершить посадку в районе Южного полюса Луны. Как полагают ученые, в этой области спутника Земли находятся залежи водяного льда и зоны вечной тени, привлекающие космические агентства всего мира для строительства будущих баз.
Стратегическое преимущество: где России строить лунную базу
Сотрудничество России и Китая по лунной миссии «Чанъэ-7»
Как отметил Александр Захаров, работы с российской стороны в рамках миссии «Чанъэ-7» проводятся по контракту и при поддержке Госкорпорации «Роскосмос». В 2024–2025 годах в ИКИ РАН были созданы образцы прибора ПмЛ-Ч7, которые затем были поставлены в Китай для наземных испытаний. К настоящему времени эти тесты успешно завершены. Все технические вопросы обсуждаются в рамках российско-китайской группы по проекту.
«В мае мы обсудили научную программу работы прибора, утвердили ее и подписали, — рассказал научный руководитель эксперимента ПмЛ-Ч7. — Там отражены все нюансы, связанные с выполнением измерений, передачей информации и обработкой результатов».
При этом Россия и Китай активно обсуждают дальнейшее сотрудничество. Предполагается, что на следующей станции «Чанъэ-8» тоже будет установлена аппаратура ПмЛ, но уже в варианте для «Луны-27» — со штангой и прочим оборудованием.
Подробнее о том, как Китай готовит к запуску лунный аппарат «Чанъэ-7», рассказывали здесь.
На обложке — летный образец прибора ПмЛ-Ч7 на комплексных испытаниях. Источник: ИКИ РАН
Самое популярное
