СТИКСИ С ЛУННОЙ ПЫЛЬЮ: МАТЕМАТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Лунная пыль представляет собой одну из самых серьезных проблем для космических миссий на Луне. Исследователи из нескольких китайских научных институтов предложили математическую модель, которая поможет разобраться в том, как частицы пыли взаимодействуют с поверхностью космических аппаратов при столкновениях с низкой скоростью.
ЛИД-АБЗАЦ
Когда астронавты программы Apollo впервые высадились на Луну, они столкнулись с неочевидным врагом — мелкой пылью, которая прилипала ко всему и вызывала множество проблем. Сегодня, когда человечество готовится к возвращению на Луну, понимание механизмов взаимодействия лунной пыли с космическими аппаратами стало критически важным для успешного выполнения миссий.
ПРОБЛЕМА ЛУННОЙ ПЫЛИ
Лунная пыль — это не просто неприятность. Она проникает в герметичные поверхности, царапает визоры шлемов и всевозможными способами нарушает работу оборудования. Emilio Cernan, один из астронавтов Apollo, описывал лунную пыль как один из самых раздражающих аспектов работы на Луне. Новые исследования сделали шаг к решению этой проблемы с помощью математической модели, разработанной исследователями из Пекинского института технологий и других научных учреждений Китая.
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Одной из ключевых проблем работы с лунной пылью является её электрическая активность. На светлой стороне Луны солнечное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение вытягивает электроны из материалов, создавая положительный заряд как у поверхности Луны, так и у космических аппаратов. На темной стороне Луны всё наоборот — аппараты и реголит притягивают электроны, становясь отрицательно заряженными. Эта динамика создает комплексное электрическое поле.
Когда частицы пыли приближаются к космическим аппаратам, они подвергаются воздействию различных электростатических сил. Электрическое поле взаимодействует с зарядом на поверхности пыли, создавая притяжение или отталкивание, в зависимости от знаков зарядов. Также возникают другие силы, такие как диэлектрическая и имиджная силы, которые усиливают взаимодействие между пылью и аппаратом.
СТАДИИ СТОЛКНОВЕНИЯ
Сама процедура столкновения пыли с поверхностью аппарата включает три стадии. Первая — это адгезивная эластичная нагрузка, когда частица сжимается и происходит нарастание притяжения. Вторая стадия — это деформация покрытия, если удар достаточно энергичный. На третьей стадии происходит либо отскок частицы, либо её "застревание" на поверхности.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Модель дает несколько полезных рекомендаций. Например, использование диэлектрических покрытий с высокой толщиной и низкой проницаемостью может значительно уменьшить электростатическое притяжение. Кроме того, покрытие из материалов с низкой энергией поверхности и шероховатыми текстурами существенно снижает прилипание пыли.
Крупные частицы также имеют больший коэффициент восстановления, что делает их менее склонными к прилипанию. Установлено, что существует критическая скорость для отрицательно заряженных частиц, при которой прилипание происходит, а при слишком низкой или высокой скорости — они отскакивают.
Заключение данной модели открывает новые возможности для прогнозирования накопления пыли и оптимизации систем ее удаления в рамках предстоящих лунных миссий, что переводит проблему лунной пыли из категории неудобств в разряд операционных задач. Resolver эту сложную задачу станет особенно актуально, поскольку долгосрочные исследования на Луне выходят на первый план.
