Учёные раскрыли опасность лунных посадок для будущих баз

Лунный модуль во время миссии «Аполлон-15» в августе 1971 года. Автор: NASA

При посадке космических аппаратов на Луну их двигатели поднимают огромные облака пыли и обломков, которые могут повредить дорогостоящее оборудование и угрожать будущим лунным базам. По мере того как космические агентства планируют создать постоянное присутствие на Луне, понимание механизма образования этих шлейфов стало критически важным.

Исследовательская группа под руководством Руи Ни, доцента машиностроения в Школе инженерии Университета Джонса Хопкинса, помогает найти ответ, изучая сложное взаимодействие между реактивной струей и лунной поверхностью.

С 2021 года в сотрудничестве с Центром космических полётов NASA имени Маршалла и Мичиганским университетом команда Ни сосредоточилась на загадочном явлении — равномерно расположенных пылевых полосах, расходящихся от точки посадки. Этот узор впервые наблюдался во время миссий «Аполлон» и был замечен снова при недавней посадке аппарата Blue Ghost компании Firefly Aerospace.

Этот уникальный узор долгое время оставался необъяснённым — до сих пор. Команда Ни, чьи выводы опубликованы в журнале Nature Communications, раскрыла гидродинамику этого явления и показала, как вакуумная среда Луны усиливает поведение частиц пыли при посадке.

Снимки различных лунных посадок, на которых видны радиальные пылевые шлейфы. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62001-8

«Мы стремились понять необычные узоры, наблюдаемые при лунных посадках, и обнаружили, что эти характерные полосы являются результатом неустойчивости Гёртлера — явления в гидродинамике, при котором изогнутый поток выхлопных газов над поверхностью Луны создаёт силы, формирующие вращающиеся вихри. Это приводит к характерным узорам, которые мы видим в пылевых облаках», — пояснил Руи Ни. «В более широком смысле мы исследуем, как частицы разрушаются и перемещаются при посадках на внеземные объекты».

Понимание этого процесса — не просто научное любопытство, а практическая необходимость. Высокоскоростная лунная пыль может действовать как пескоструйный аппарат, потенциально повреждая посадочные модули, жилые модули, солнечные панели и другую инфраструктуру, критически важную для лунной базы. Исследование Ни даёт ключевые данные для проектирования более безопасных посадок и защиты будущих миссий от поверхности, которую они стремятся исследовать.

Для этого команда установила систему из шести камер в вакуумной камере Центра Маршалла диаметром 15 футов, чтобы изучить эрозию, вызванную газовой струёй, направленной на слой имитации лунного грунта. С помощью этой установки они зафиксировали образование кратеров и отследили траекторию и скорость мелких частиц грунта. Используя симулятор лунного грунта в условиях, близких к вакууму, команда получила уникальный набор данных, актуальный для будущих миссий на Луну.

«Мы обнаружили, что удивительно регулярные полосы при посадках вызваны не выбранными местами посадки, а поведением сверхзвуковой реактивной струи, воздействующей на зернистую поверхность. Этот эффект особенно выражен на Луне из-за её почти вакуумной среды», — добавил Ни.

Экспериментальная установка для изучения пылевых шлейфов. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62001-8

Хотя люди не возвращались на Луну более 50 лет, космическая наука продолжает использовать знания эпохи «Аполлонов». Однако с приближением новых пилотируемых миссий заполнение пробелов в этих знаниях становится критически важным. Ни отметил, что понимание проблемы пылевых шлейфов особенно важно для будущих миссий «Артемида», где планируется создание постоянных структур, таких как лунная база.

«Наша работа помогает выявить риски, предлагает способы их снижения и улучшает прогнозирование скорости эрозии при посадках. Наши выводы прокладывают путь для будущих миссий, позволяя оптимизировать стратегии посадки и минимизировать воздействие пылевых облаков на оборудование и видимость», — заключил учёный.

В команду из Университета Джонса Хопкинса также вошли аспиранты Мигель Х. Диас-Лопес и Мэттью Горман.

Дополнительная информация: J. Sebastian Rubio et al, Dusty streaks on the Moon: fingerprints of multiphase flow instabilities, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62001-8

Источник: Johns Hopkins University