Как лунная пыль превращается в орбитальную угрозу

Знакомьтесь: на переднем плане стоят Чарльз Конрад, командир миссии «Аполлон-12», и автоматическая лунная станция «Сервейер-3», в 200 метрах на заднем плане — лунный модуль с собственным именем «Интрепид» (Intrepid). Их фотографирует Алан Бин, пилот лунного модуля.

Конрад и «Сервейер» встретились во время второго выхода на поверхность Луны, который астронавты провели 20 ноября 1969 года. А «Сервейер» познакомился с «Интрепид» на сутки раньше, и знакомство это оказалось очень драматичным. Астронавты сняли некоторые детали с автоматической станции и привезли их на Землю. После их изучения стало понятно, что выхлоп двигателя модуля создал поток лунной пыли и мелких камешков, которые с высокими скоростями стали разлетаться в разные стороны. Часть из них прошлась по поверхности «Сервейера», приведя к растрескиванию, точечной коррозии и внедрению пыли в материал поверхности.

Как показали многочисленные последующие исследования, скорость выбрасываемых при взлете и посадке частиц реголита может достигать величин, близких к скорости истечения продуктов сгорания из двигателя. Для лунного модуля это почти 3 километра в секунду. Много больше, чем первая и вторая космические скорости для Луны. Как показывают рассчеты, масса выбрасывамого реголита зависит от массы посадочного аппарата. Для 15-тонного лунного модуля, общую массу перемещенного при посадке реголита можно грубо оценить как 90 тонн. Несколько процентов массы этого вещества получает скорость выше первой космической у Луны и оказывается выброшена на временную орбиту. Размеры частиц в этой фракции от десятков микрометров до нескольких миллиметров. Их орбиты нестабильны из-за взаимодействия с неоднородностями гравитационного поля Луны (масконами) и солнечным ветром, и большая часть выпадает обратно на поверхность в сотнях километров от места посадки. Малая часть буквально возвращается на место старта с энергией до 25 джоулей*.

Таким образом, посадка на Луну крупного космического аппарата, при неподготовленной площадке, представляет опасность и для объектов в непосредственной близости, и для аппаратов на лунной орбите, и для района высадки в течение нескольких дней после посадки. Масштаб этих проблем стал полноценно открываться относительно недавно, и главным движущим фактором исследований была ранняя версия программы «Артемида», в которой предполагалось наличие долговременной окололунной станции «Гейтвей».

Есть несколько путей для решения этой проблемы:
◆ использовать для финального этапа посадки двигатели малой тяги, выхлоп которых дополнительно наклоняется под углом к горизонту. Это увеличивает расход топлива и усложняет конструкцию посадочного аппарата, но резко снижает массу выбросов и их энергии;**
◆ добавлять в выхлоп двигателя специальные пеллеты из легкоплавкого материала, которые «цементируют» реголит, препятствуя образованию выброса;
◆ перед посадкой тяжелого корабля оборудовать посадочную площадку

Каждая космическая програмам, нацеленная на создание долговременных лунных баз, должна будет предложить решение для защиты от выбросов реголита. А если на Луну будут регулярно презмеляться аппараты массой в 100 тонн***, то надо будет учитывать глобальную угрозу для всего окололунного пространства.

* - сравнимо с дульной энергией пули охотничьего пневматического оружия;
** - именно поэтому модифицированный «Старшип» в самых первых рендерах посадки на Луну оснащен дополнительными двигателями в верхней части корпуса, с соплами направленными под углом ~50;
*** - посадка «Старшипа» без использования защитных мер может выбросить на орбиты с апоселением до тысячи километров примерно 5 тонн реголита.

#современнаякосмонавтика