Еще со времен программы «Аполлон» известно, что прилунение поднимает пыль, которая радиальными лучами расходится во все стороны. Это может быть опасным для лунной инфраструктуры. Ученые выяснили, как минимизировать пылевые риски посадки на Луну.
Снимок долины Таурус-Литтроу, сделанный астронавтами «Аполлона-17» Джеком Шмиттом и Джином Сернаном. На снимке изображен край кратера Шорти и лунный космический аппарат на фоне горных массивов, которые образуют долину Таурус-Литтроу. Авторы: NASA, ESA и Дж. Гарвин (NASA/GSFC)Источник: Unsplash
Когда космические аппараты садятся на Луну, струи их тормозных двигателей поднимают огромные облака пыли и реголита, которые могут повредить дорогостоящее оборудование и угрожать будущим лунным базам. То же самое происходит и при взлете возвращаемых лунных аппаратов. Поскольку космические агентства планируют надолго обосноваться на Луне, понимание того, как образуются эти шлейфы, стало важным приоритетом.
Исследовательская группа, возглавляемая Руи Ни, доцентом кафедры машиностроения в инженерной школе Уайтинга при Университете Джона Хопкинса, помогает ответить на этот вопрос, исследуя взаимодействие реактивных струй с поверхностью Луны.
С 2021 года в сотрудничестве с Центром космических полетов имени Маршалла и Мичиганским университетом команда Руи Ни сосредоточила свое внимание на загадочном явлении — геометрически правильных полосах пыли, расходящихся от точки приземления, — впервые замеченным во времена «Аполлона» и вновь наблюдаемом во время недавнего прилунения посадочного модуля Blue Ghost компании Firefly Aerospace.
Blue Ghost — лунный посадочный модуль, разработанный для американской программы Commercial Lunar Payload Services компанией Firefly Aerospace. Первый запуск состоялся 15 января 2025 года. 2 марта 2025 в 11:36 по МСК Blue Ghost M1 успешно сел на поверхность Луны и проработал там 346 часов до наступления лунной ночи. После этого миссия была объявлена планово завершенной. Источник: https://upload.wikimedia.org/
Эта пылевая закономерность так и не была полностью объяснена. Команда Руи Ни, чьи результаты опубликованы в Nature Communications, расшифровала гидродинамический механизм, скрывающийся за этим явлением, и показала, как безвоздушная среда Луны усиливает «пляску» частиц пыли во время спуска.
Ученые обнаружили, что характерные закономерности пылевых полос являются результатом так называемой неустойчивости Гертлера (the Görtler instability) - явления гидродинамики, при котором поток выхлопных газов над поверхностью Луны создает силы, которые генерируют вращающиеся вихри. Они и создают характерные узоры, которые наблюдаются в облаке лунной пыли.
Понимание этого явления — не просто научный интерес, но практическая необходимость. Взлетающая на большую высоту лунная пыль ведет себя как мощная пескоструйная машина, потенциально повреждая посадочные модули, места обитания, солнечные батареи и другую инфраструктуру, критически важную для внеземного аванпоста. Исследования дают важную информацию для проектирования более безопасных посадок и защиты будущих миссий от коварства той самой поверхности, которую они намерены исследовать и осваивать.
Снимки, сделанные при посадках на Луну, когда космический аппарат приближается к поверхности Луны, генерируя радиальные полосы выбросов. Фото: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62001-8Источник: https://phys.org/
Команда установила систему из шести камер в вакуумном боксе Центра космических полетов имени Маршалла, поставив задачу изучить эрозию, вызванную струей газа, проходящей над слоем имитируемого лунного грунта. Используя эту установку, они зафиксировали образование воронки и проследили траекторию и скорость движения мелких частиц. С помощью имитатора лунного грунта в условиях, близких к вакууму, команда представила набор данных, который является первым в своем роде и имеет прямое отношение к будущим полетам на Луну.
Мы обнаружили, что удивительно правильные полосы, наблюдаемые при посадке, не обусловлены выбранными местами посадки. Они являются результатом поведения сверхзвукового ракетного шлейфа, который оставляет след на зернистой поверхности. Этот эффект особенно заметен на Луне из-за безвоздушной среды.
Руи Ни
исследователь
Экспериментальная установка для изучения полос выбросов. Фото: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62001-8Источник: https://phys.org/
Несмотря на то, что люди не были на Луне более полувека, космическая наука продолжает извлекать пользу из знаний эпохи «Аполлона». По мере приближения новых пилотируемых миссий пробелы в этих знаниях становятся все более существенными. Руи Ни отметил, что понимание проблемы пылевого шлейфа особенно важно для будущих миссий программы «Артемида», которая предусматривает многочисленные стационарные сооружения на поверхности Луны.
Автор отметил, что работа помогает выявлять риски, предлагает способы их снижения и улучшает прогнозы скорости эрозии грунта во время прилунений. Результаты экспериментов прокладывают путь по оптимизации посадок на Луне и уменьшению воздействия пылевых облаков на оборудование и обзор после осадки.