МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗАРЯЖЕННОЙ ЛУННОЙ ПЫЛИ С ПОКРЫТИЯМИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Понимание механизма прилипания лунной пыли к поверхностям станет критически важным для обеспечения долгосрочного присутствия человека на Луне. Лунная пыль известна своей способностью прилипать к оборудованию, что не только наносит ущерб аппаратуре, но также создает угрозы для здоровья космонавтов. Исследования лунной пыли продолжаются, но на данный момент отсутствует универсальная модель, способная детально описать физические механизмы, с помощью которых пыль прилипает к поверхностям. Статья, опубликованная исследователем Юэ Фэном из Пекинского института технологий, предлагает модель, которая может помочь понять, как лунная пыль взаимодействует с космическими аппаратами.
ГИПЕРВЕЛОСИТЕЙНАЯ И НИЗКОВЕЛОСИТЕЙНАЯ ПЫЛЬ
Одной из ключевых характеристик лунной пыли является её скорость; она может быть как гипервелоситетной, так и низковелоситетной. Частицы гипервелоситетной пыли движутся со скоростью более 1 км/с и имеют совершенно иную физическую модель по сравнению с низковелоситетной пылью, скорость которой варьируется от 0,01 до 100 м/с. Гипервелоситетные частицы могут подниматься в воздух при помощи обратных ракетных двигателей космического аппарата или в результате метеоритных ударов о лунную поверхность, тогда как подавляющее большинство пыли появляется в результате повседневных действий на Луне, таких как передвижение или работа на поверхности.
Для описания взаимодействия низковелоситетной пыли с поверхностью требуется два различных физических подхода. Сначала необходимо учесть "долгосрочную" притяжение, вызванное зарядом поверхности аппарата. Затем важным становится "липкость" частиц, когда они контактируют с поверхностью.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ЛИПКОСТЬ
Долгосрочная притяжение осуществляется за счет заряженной поверхности космического аппарата. Все аппараты на поверхности безатмосферных тел накапливают заряд от солнечного ветра и радиации, создавая тем самым мощное электрическое поле, которое притягивает заряженные частицы пыли. Это электрическое поле, окружающее аппарат, входит в состав "плазменной оболочки", изменяющей локальный электрический потенциал вокруг аппарата. Пыль, независимо от её собственного заряда, может быть захвачена в этой оболочке и направлена к поверхности.
При приближении к аппарату активируется фактор липкости, аналогичный силам Ван дер Ваальса на Земле, благодаря которым мелкие частицы прилипают друг к другу. Основная составляющая контактной силы в данной модели — это "энергия интерфейса" между частицами и поверхностью. Авторы исследования используют сложную теорию деформации, известную как модель адгезивной упругости и пластичности Торнтона, которая отслеживает изменения, происходящие с малозначительными частицами при их контакте с поверхностью.
ПОТОК ОПЦИЙ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ НАКАПЛИВАНИЯ ПЫЛИ
Разработка данной модели преследует конечную цель — понимание её влияния на проектирование космических аппаратов. Два основных вывода включают в себя: улучшенные покрытия могут помочь, но не решают проблему полностью, так как плазменная оболочка удерживает частицы, даже если они отскакивают от покрытия. Второй вывод заключается в том, что наибольшее снижение накопления пыли достигается за счет уменьшения заряда на аппарате.
Для снижения заряда на космическом аппарате инженеры могут применять как активные, так и пассивные способы. Активные методы включают "пушки" электронов/ионов, которые выбрасывают заряженные частицы в космос, а также плазменные контакторы, подобные тем, что используются на МКС, которые преобразуют нейтральный газ (например, ксенон) в плазму и выбрасывают её в пространство. Пассивные методы отключают накопление заряда, включая надлежащую зазем
