Инженеры изучают малоизвестную опасность лунных посадок: влияние ракетного газа и пыли на будущие миссии

Майнинг и стейкинг Интервью с лидерами отрасли

Лунные исследования и освоение спутника Земли всегда вызывали огромный интерес у научного сообщества и исследователей космоса. Несмотря на успешные пилотируемые программы, такие как «Аполлон», многие физические процессы, возникающие при посадке космических аппаратов на поверхность Луны, остаются недостаточно изученными. Современные инженеры и ученые сфокусировали свое внимание на малоизвестной опасности, связанной с образованием пылевых облаков и их воздействием на оборудование во время посадки. Эта проблема становится особенно актуальной в свете новых международных программ, направленных на создание постоянных лунных баз и долгосрочных миссий. Ключевым инициатором исследования выступил коллектив специалистов из университета Джонса Хопкинса под руководством члена профессорско-преподавательского состава Руя Ни.

Исследования, проводимые в коллаборации с центром Маршалла НАСА и Мичиганским университетом, поставили своей задачей понять природу уникальных пылевых структур, идентифицированных еще в эпоху «Аполлонов», а также вновь наблюдаемых во время более недавних посадок, например, аппарата Blue Ghost от Firefly Aerospace. Одной из странностей, которую давно пытались объяснить ученые, является образование регулярно расположенных пылевых полос, расходящихся радиально от точки посадки. Изображения лунной поверхности, полученные с разных миссий, демонстрируют этот характерный рисунок, напоминающий о необычном взаимодействии между газовыми потоками ракетного двигателя и поверхностью реголита. Исследовательская группа ни в коем случае не ограничилась наблюдениями, а решила изучить динамику процесса на физическом уровне, что позволило раскрыть основополагающие механизмы. В ходе многолетних экспериментов была создана уникальная установка, включающая шестикамерную систему слежения за движением частиц в вакуумной камере длиной 15 футов, расположенной в центре НАСА Маршалла.

Там имитировали процесс соприкосновения мощного потока газа, созданного двигателем, с имитированной лунной почвой, чтобы проследить формирование кратеров, миграцию и скорость пылевых частиц. Особое внимание уделялось именно среде с чрезвычайно низким давлением, близкой к условиям на Луне. Результаты исследований позволили открыть ключевой фактор, объясняющий создания характерных пылевых полос — так называемая нестабильность Гёртлера. Это явление в гидродинамике возникает при изогнутом течении газов по поверхности, порождая вращающиеся вихри, которые и формируют визуально узнаваемые следы. В лунных условиях, за счет практически полного вакуума, влияние этого эффекта значительно усиливается, что объясняет необычные и регулярные формы пылевых облаков при посадках.

Понимание того, как взаимодействует ракетная струя с реголитом, выходит далеко за рамки теоретического интереса. Лунная пыль — это мелкодисперсный материал, который при высоких скоростях движется подобно абразивной струе и может нанести серьезные повреждения важнейшему оборудованию: лунным модулям, солнечным панелям, системам жизнеобеспечения и прочим структурам, призванным обеспечить комфорт и безопасность будущих астронавтов. Полученные данные открывают возможности для разработки защитных систем и усовершенствованных технологий посадки, которые минимизируют эрозию поверхности и негативное влияние пылевых бурь. Помимо механических и инженерных последствий, исследования также акцентируют внимание на важности моделирования и прогнозирования поведения пылевых облаков при различных сценариях посадки и маневров. Более аккуратное понимание процессов поможет сформировать оптимальные места и методы приземления, повысит уровень безопасности и снизит вероятность поломок в дорогостоящей лунной технике.

Современные разработки опираются как на исторические данные со времени лунных экспедиций «Аполлона», так и на цифровые симуляции и лабораторные эксперименты, что делает образовавшуюся науку междисциплинарной и интегративной. Генетика, минералогия, материалыедение, вакуумная физика и аэродинамика соединяются в одном исследовательском проекте ради обретения новых знаний и решения практических задач. Исследования профессора Ни и его команды выделяются тем, что впервые удалось получить комплексные данные о поведении частиц в реальных условиях вакуума, что существенно отличается от исследований на Земле, где атмосфера оказывает кардинальное влияние на распределение и движение таких частиц. Новая информация стала доступна благодаря применению современных технологий фиксации и анализа потоков в камерах с имитацией лунной среды, что до недавнего времени считалось чрезвычайно сложной задачей. Научная статья, опубликованная в 2025 году в журнале Nature Communications, закрепила важность открытия и внесла весомый вклад в физику и инженерию космических посадок.

Служащие основой для новых исследований и технических решений, эти выводы способствуют разработке требований к дизайну посадочных модулей, чтобы уменьшить или максимально нейтрализовать негативный эффект пылевых облаков. Для программ Artemis и других международных стратегий по освоению Луны понимание обсуждаемого явления приобретает особое значение. Хотя человечество не осуществляло пилотируемые миссии на Луну более пятидесяти лет, технология и знания, наработанные в прошлом, требуют адаптации и развития с учетом новых целей и вызовов современности. Сегодня уже можно говорить о том, что интеграция результатов фундаментальных исследований и инновационных инженерных разработок позволит сделать лунные посадки более безопасными и эффективными. В частности, управление параметрами работы двигателей или корректировка траекторий при посадке сможет снизить скорость эрозии и уменьшить образование опасных пылевых зон.