Чем опасна лунная пыль и как ее исследовали — лонгрид Wired

Что такое ЛУНная пыль и чем она опасна

Поверхность спутника покрыта реголитом — это каменистый материал, содержащий пыль, гравий и гальку. Поскольку у Луны нет атмосферы, ее поверхность постоянно бомбардируется космическими лучами и солнечными ветром, а также микрометеоритами. Из-за электростатического воздействия, лунная пыль в буквальном смысле намагничивается. Она становится «липкой» — как воздушный шар, который потерли об волосы.

Когда в реголит ударяются микрометеориты, они провоцируют крохотные вспышки. В них пыль быстро раскаляется и так же быстро остывает. Появляются крохотные стеклянные частицы самой причудливой формы. На Земле их острые углы со временем бы сгладились. На Луне этого не происходит. Проблему заметили еще первые астронавты. Когда Базз Олдрин и Нил Армстронг устанавливали шест с американским флагом, они едва воткнули его в землю — мешали стеклянные частицы.

У лунной пыли есть и другая проблемная особенность — размер. Перемолотая микрометеоритами, она гораздо мельче допустимых значений. Дыхательная система человека успешно справляется с частицами крупнее 10 микрон (примерно 1/7 диаметра человеческого волоса). Лунная пыль — мелкодиспесная, с диаметром вплоть до 2 микронов.

Как лунная пыль мешала астронавтам. И почему о ней снова говорят

Астронавтов редко изображают как людей, занятых уборкой. А зря — им приходилось без конца воевать с повсеместной лунной пылью. Она цеплялась к скафандрам и костюмам, царапала шлемы, попадала в глаза, ослабляла герметизацию.

Участники экспедиций «Аполлон» боролись с пылью мокрыми тряпками и даже пылесосом, но все было бесполезно. Командующий миссией «Аполлон-16» Джон Янг был уверен, что пыль — первая проблема при возвращении на Луну. Ведь помимо технических сложностей, есть и угроза здоровью: астронавты жаловались на кашель и так называемую «лунную лихорадку».

Правда, с течением времени о лунной пыли забыли. Последняя миссия «Аполлон» пришлась на 1972 год. В следующий раз о спутнике всерьез вспомнили в 2004 году, когда Джордж Буш анонсировал программу «Созвездие». Она предполагала выпуск новых ракет и возвращение на Луну до 2015 год. Но производство задерживалось, бюджеты росли, а результатов не было. Администрация Обамы сменила ФОКУС работы агентства — NASA сконцентрировалось на научных миссиях со сравнительно невысоким бюджетом.

Теперь все вновь переменилось. Вице-президент США Майк Пенс поставил цель вернуться на Луну до 2024 года. Китай наращивает свои амбиции: страна уже посадила аппарат на обратной стороне спутника. Свои проекты есть у Индии, России и частных компаний. И перед всеми стоит одна и та же угроза — пыль.

Король лунной пыли

Герой материала Wired — австралийский физик Брайан О’Брайан. Сегодня ему 85 лет. Он участвовал в подготовке первых астронавтов миссии «Аполлон» и лоббировал исследование лунной пыли в NASA. По его просьбам, на борт «Аполлона-12» взяли небольшой прибор — DDE или Dust Detector Experiment.

Это был определитель пыли, чью конструкцию О’Брайан нарисовал на салфетке во время одного из перелетов. Прибор напоминал пирамидку, выкрашенную в белый цвет. Сверху располагались три солнечные панели, а сбоку — термочувствительная пластина. Основную часть пирамиды занимал сейсмометр: он должен был определять силу и частоту землетрясений на Луне. Благодаря такой комбинации, О’Брайану и удалось убедить NASA дать его проекту шанс.

Олдрин и Армстронг установили DDE во время работы на поверхности. Дальше все пошло не по плану. Когда «Аполлон-11» улетел, сейсмометр быстро перегрелся и отключился. Все, что он успех зафиксировать — шаги астронавтов и вибрацию от реактивных двигателей. Но DDE продолжил работать. Когда посадочный модуль улетел, прибор зафиксировал резкое падение производства энергии и повышение температуры. О’Брайан понимал — солнечные панели покрылись пылью. Она снизила их эффективность и усложнила теплоотвод. 

Конструкция первого DDE

В NASA были настроены не так оптимистично. Через 21 день сейсмометр перестал принимать команды, и эксперимент закрыли. DDE остался на Луне, а в отчетах написали об ошибках при калибрации солнечных панелей. О’Брайан пытался оспорить выводы, но его не слушали. Еще одна версия DDE полетела на «Аполлоне-12», но дальше проект не ушел. Он проиграл.

В начале 70-х, О’Брайан забрал 172 кассеты с пленкой, на которых хранились данные с DDE и передал их на хранение в один из австралийских университетов. В таком виде они и пролежали около 40 лет. О’Брайан вспомнил про кассеты, только когда ему было уже за 70. В 2006 году он нашел их в том же университете. Все это время они пылились в кладовке.

Проблема была в том, что данные негде было считать или перезаписать. Помогло сарафанное радио — про О’Брайана рассказали местные журналисты и с ним связался основатель компании SpectrumData. Фирма занимается оцифровкой старых носителей. В 2010 году они наконец-то нашли подходящее устройство (IBM 729 Mark 5) и считали данные. На подготовку научной статьи ушло еще 5 лет — О’Брайан опубликовал новую работу лишь в 2015 году.

Предметом его исследований был DDE из миссии «Аполлон-12». У него была другая конструкция: солнечная панель сверху и две по бокам. Все грани постепенно покрывались мелкими частицами. Когда астронавты улетели со спутника, то сдули часть пыли. Но примечательно было другое — одна из вертикальных пластин полностью очистилась во время лунной ночи. В принципе, это было логично: когда зашло Солнце, пыль утратила электростатические свойства, перестала «липнуть» и осела. Настораживало другое — через две недели, после восхода солнца на пластине снова появилась пыль.

Как она туда попала? В 2015 году О’Брайан наконец-то разработал теорию на этот счет. Во время отлета, «Аполлон-12» поднял над поверхностью до 2 тонн пыли. Когда взошло Солнце, оно намагнитило эти частицы — позитивно заряженные пылинки начали взаимодействовать и образовали своего рода песчаные бури. Так продолжалось раз за разом, пока вся пыль, поднятая двигателями «Апполона», наконец не улеглась. 

Что нам с этого

Чтобы понять важность теории О’Брайана, нужно обратиться к наработкам другого ученого. Филип Мецгер долгое время работал в инкубаторе Swamp Works при NASA. Проект решал технические вызовы, с которыми люди столкнутся на других планетах. Мецгер защитил докторскую диссертацию на тему того, как защитить лунную инфраструктуру от пыли, поднятой при взлете и посадке аппаратов. Но его карьеру преследовал один нерешенный вопрос. Он касался корабля Surveyor 3.

Это третий из пяти аппаратов, которые сели на Луну между 1966 и 1968 годами. Они должны были подтвердить, что реголит достаточно прочен для безопасной посадки астронавтов и люди не утонут в зыбучих песках. Корабль Surveyor 3 находился в пешей доступности от места посадки «Аполлона-12». Часть его конструкции астронавты забрали на Землю. Они также заметили, что белая обшивка корабля потемнела. Долгое время считалось, что это влияние солнечной радиации. В 2011 году Мецгер и коллеги наконец доказали — на корабль осела пыль. Но исследователи не могли понять, как она там оказалось, ведь двигатели оттолкнули частицы, а не притянули их. Ситуацию объяснили только изыскания О’Брайана.

В свои 85 лет, австралийский физик вернулся в большую науку — его приглашают выступать на лекции, с ним консультируются авторы китайской лунной программы. А проблема лунной пыли оказалась на один шаг ближе к решению. И все это базируется на данных, которые почти 40 лет пролежали в университетской кладовке.

Напомним, ранее AIN.UA сообщал, что Amazon показала свой лунный посадочный модуль.