Вернёмся на Луну чистыми: китайские учёные нашли управу на лунную пыль

Лунная пыль когда-то стала неприятным сюрпризом для астронавтов "Аполлона" — она липла ко всему и буквально лезла в каждую щель. Мелкие частицы, подхватываемые движениями и удерживаемые статическим электричеством, царапали забрала, забивали уплотнения и оставались на скафандрах даже после чистки.

Фото: Designed by Freepik by freepik, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Луна

Теперь, когда планы возвращения на Луну становятся всё более практичными, "пылевой фактор" снова выходит на первый план. Об этом говорится в новом исследовании группы учёных из Пекинского технологического института, Китайской академии космических технологий и Китайской академии наук.

Почему лунная пыль так мешает работе

Пыль на Луне — это не просто грязь, а реголит с очень мелкими фракциями, которые легко поднимаются при ходьбе, работе с инструментами и посадочных манёврах. Во времена "Аполлона" Юджин Сернан называл пыль одним из самых раздражающих аспектов лунных операций: она прилипала к поверхностям, проникала через стыки и изнашивала элементы экипировки.

Проблема усиливается тем, что на Луне нет атмосферы, которая "успокаивала" бы частицы и гасила статические заряды. Поэтому пыль может долго оставаться активной и подвижной, создавая риски и для людей, и для техники — от скафандров и визоров до панелей, датчиков и узлов герметизации.

Что именно объясняет новая модель

Китайские исследователи предложили детальную теоретическую модель, описывающую, как заряжённые пылевые частицы взаимодействуют с поверхностями космических аппаратов при столкновениях на малых скоростях. В этой постановке важно не только "ударился — отскочил", а весь набор электростатических эффектов, которые проявляются ещё на подлёте частицы к корпусу.

Авторы показывают, что в лунной среде пыль заряжается, а затем может испытывать несколько разных сил, которые в сумме определяют: притянется ли частица к поверхности, удержится ли на ней и как именно будет вести себя при контакте.

Как Луна сама "заряжает" всё вокруг

На дневной стороне интенсивное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение выбивает электроны и из лунной поверхности, и из материалов аппарата. В результате они становятся положительно заряженными, а над поверхностью формируется фотоэлектронная оболочка.

На ночной стороне картина меняется: реголит и аппараты, наоборот, собирают электроны из окружающей плазмы, приобретая отрицательный заряд и формируя дебаевскую оболочку. При этом солнечный ветер добавляет постоянный поток заряжённых частиц, из-за чего условия остаются "электрически живыми" даже без привычной погоды и воздуха.

Три силы, которые "ведут" пыль к аппарату

По модели, при приближении пылинки к поверхности включаются сразу несколько механизмов.

Первая — сила электрического поля: она действует на заряд частицы и либо притягивает её к аппарату, либо отталкивает — в зависимости от того, одинаковые заряды или противоположные.

Вторая — диэлектрофоретическая сила: пылинка искажает неоднородное электрическое поле вокруг себя и стремится в области, где поле сильнее. Важно, что этот эффект может работать независимо от знака заряда самой частицы.

Третья — сила изображения: когда заряжённая частица приближается к проводящей поверхности, на ней "наводится" противоположный заряд, и притяжение усиливается — примерно как в знакомом примере с шариком, прилипшим к стене.