Еще с эпохи программы «Аполлон» известно, что при посадке на Луну поднимается пыль, которая расходится радиальными лучами во все стороны. Это может представлять опасность для лунной инфраструктуры. Ученые исследовали способы минимизации пылевых рисков при посадке на Луну.
Когда космические аппараты осуществляют посадку на Луне, их тормозные двигатели поднимают большие облака пыли и реголита, способные повредить дорогостоящее оборудование и угрожать будущим лунным базам. Аналогичное происходит и при взлете возвращаемых аппаратов. Учитывая, что космические агентства планируют длительное пребывание на Луне, изучение формирования этих шлейфов стало важным приоритетом.
Исследовательская команда под руководством Руи Ни, доцента кафедры машиностроения в инженерной школе Уайтинга при Университете Джона Хопкинса, занимается изучением взаимодействия реактивных струй с лунной поверхностью для получения ответов на этот вопрос.
С 2021 года в сотрудничестве с Центром космических полетов имени Маршалла и Мичиганским университетом группа Руи Ни сосредоточила свои усилия на изучении загадочного явления — геометрически правильных полос пыли, возникающих от точки приземления, — впервые замеченных во времена «Аполлона» и вновь наблюдаемых во время недавней посадки модуля Blue Ghost компании Firefly Aerospace.
Эта закономерность пылевых шлейфов так и не получила полного объяснения. Команда Руи Ни, результаты которой опубликованы в Nature Communications, разгадала гидродинамический механизм, лежащий в основе этого явления, и продемонстрировала, как безвоздушная среда Луны усиливает «пляску» частиц пыли во время спуска.
Исследователи установили, что характерные узоры пылевых полос являются следствием так называемой неустойчивости Гертлера — гидродинамического явления, при котором поток выхлопных газов над лунной поверхностью создает силы, генерирующие вращающиеся вихри. Именно они формируют характерные узоры, наблюдаемые в облаке лунной пыли.
Понимание данного явления является не только научным интересом, но и практической необходимостью. Пылинки, поднимающиеся при взлете, ведут себя как мощная пескоструйная установка, потенциально повреждая посадочные модули, обитаемые модули, солнечные батареи и другую инфраструктуру, критически важную для внеземного аванпоста. Эти исследования предоставляют важную информацию для разработки более безопасных посадок и защиты будущих миссий от опасностей той самой поверхности, которую они собираются исследовать и осваивать.