Лунный реголит, известный также как Лунная пыль, представляет серьезную угрозу для миссий на Луну. Он находится повсюду на поверхности, в некоторых местах на глубине от 5 до 10 метров, а также имеет грубую и липкую структуру. Во время миссий «Аполлон» астронавты узнали, как эта пыль прилипает ко всему, включая их скафандры. Более того, он проникает даже в их лунные модули, где прилипает к поверхностям и создает хаос в электронике, механизмах и даже приводит к проблемам с дыханием.
Это представляет серьезную проблему для программы Artemis, целью которой является создание устойчивой программы исследования и освоения Луны. Одним из ключевых элементов этой программы является Лунные ворота (Lunar Gateway) — лунная жилая среда, которая будет вращаться вокруг Луны в течение 15 лет и будет способствовать длительным миссиям на поверхность. Влияние реголита, который вносят космонавты при возвращении с поверхности, не исследовано достаточно. В недавней статье группа исследователей под руководством NASA создала физическую модель, чтобы оценить, как реголит может влиять на жилую среду с течением времени.
Команду возглавил Рональд Дж. Ли, ведущий аэрокосмический инженер консалтинговой и аналитической компании из Хьюстона, а также правительственный/военный подрядчик компании Booz Аллен Гамильтон. К нему присоединились ученые из Космического центра NASA имени Джонсона, Центра космических полетов NASA имени Маршалла, Европейского центра космических исследований и технологий ЕКА (ESTEC), а также инженерной фирмы Jacobs Technology из Хьюстона и аэрокосмического подрядчика Barrios Technology. Статья, описывающая их модель, недавно появилась у Acta Astronautica.
В то время как большинство метеоров, попадающих в земную атмосферу, сгорают до достижения поверхности, Луна представляет безвоздушную среду. В результате миллиардов ударов поверхность превратилась в пыль, образовав мелкие кремниевые частицы. Отсутствие атмосферы также означает, что эти частицы не подвергаются воздействию ветра или осадков, что делает их грубыми и неровными. Взаимодействие между этими частицами и заряженной плазмой солнечной короны (также известной как солнечный ветер) оставляет реголит электростатически заряженным, что заставляет его прилипать к заряженным электрическим током поверхностям.
Эта пыль вызвала множество проблем во время миссий «Аполлон», включая проблемы с терморегуляцией батарей лунного разведывательного автомобиля (LRV) во время миссий «Аполлон-16» и «17». Юджин Сернан, командир миссии «Аполлон-17», даже заявил, что лунный реголит является самой большой проблемой для исследования Луны.
В ближайшие годы программа Артемиды отправит астронавтов на Луну впервые со времен эры Аполлона. Но в отличие от предыдущих экипажей, оставивших за собой разные научные эксперименты, «следы и флаги», программа Artemis создаст прочную инфраструктуру. Кроме Лунных ворот, астронавты будут устраиваться на базовый лагерь Артемиды во время выполнения научных операций на поверхности. У ЕКА и Китая также есть планы по лунной инфраструктуре, известной как Лунный поселок и Международная лунная исследовательская станция (ILRS) соответственно.
Это означает, что несколько космических агентств и коммерческих партнеров осуществляют запуски на поверхность и с нее, а астронавты регулярно выходят в открытый космос. Количество поднимающегося и возвращающегося к транспортным средствам и местам обитания лунного реголита приводит к износу скафандра и транспортных средств, поскольку они чрезвычайно абразивны. Он также нанесет ущерб машинам, системам питания, системам жизнеобеспечения и другим жизненно важным компонентам. Существуют также риски для здоровья, которые будет представлять месячный реголит для астронавтов, коммерческих экипажей и месячных туристов.
К счастью, после миссий Аполлон было проведено много исследований для изучения физических свойств лунного реголита. На основе этого исследователи пришли к выводу, что опасность, представляемая реголитом, является динамической и зависит от конфигурации космического корабля, его положения относительно Солнца и плазменной среды. В предыдущем исследовании Ли и соавтор Гари Л. Браун (Barrios Technology) разработали новую модель для оценки угрозы, которую реголит составляет для Lunar Gateway, которую они назвали Программой моделирования и анализа лунного реголита на орбите (GOLDMAP).
С использованием этой модели Ли, Браун и их коллектив рассмотрели архитектуру миссии Artemis и симулировали разные аспекты. Это включало природную среду и зарядку космического корабля с использованием спецификаций NASA для природных сред (DSNE), программное обеспечение взаимодействия с плазмой космического корабля с открытым исходным кодом (SPIS) и данные из лаборатории Зеркал Стюардской обсерватории (SOML). Это было связано с моделью временного переноса частиц, для которого использовалось программное обеспечение Siemens STAR-CCM для характеристики гидродинамики.
На основе этого исследователи сделали несколько выводов относительно шлюза и возможного загрязнения астронавтов, прибывающих и происходящих с помощью системы посадки человека (HLS). Как они писали:
«Во время миссий на поверхности Луны элементы корабля HLS, вероятно, будут загрязняться мелкими частицами реголита на поверхности Луны, как из-за природных явлений, таких как электростатический подъем и левитация на высоте нескольких метров над лунной поверхностью, так и из-за ударов микрометеоритов. которые, как показали эксперименты и моделирование, способствуют формированию пылевых скоплений как на поверхности, так и высокогорье, а также при деятельности человека на поверхности, включая движущие системы с использованием ионных двигателей при взлете и посадке».
Получается, что Лунные ворота, которые являются связью для будущих исследований и освоения Луны, будут уязвимы для переноски пыли. Поэтому становится очевидной необходимость проведения мероприятий по дезактивации возвращающихся с лунной поверхности астронавтов. Накануне Ли и его коллеги подчеркивают, что проверка модели должна быть проведена с помощью лабораторных экспериментов, проведенных специалистами и учеными NASA. Они также рекомендуют будущие научные приборы для обнаружения и сбора пыли на орбите вне шлюза.
Результаты этих экспериментов помогут информировать планировщиков миссий NASA и операции на борту шлюза при развертывании программы Artemis. Вероятно, это станет основой для будущих руководящих принципов и «лучших практик» при работе на поверхности Луны.
