DigitalArtSpace

Проблема лунной пыли, которая возникла ещё во время миссий «Аполлон», вновь стала актуальной для учёных в связи с подготовкой к новым пилотируемым полётам на Луну. Эти мелкие частицы реголита легко поднимаются в воздух и прилипают к различным поверхностям, что может привести к повреждению визоров скафандров, уплотнений и оборудования.

Сотрудники Пекинского технологического института, Китайской академии космических технологий и Китайской академии наук разработали детальную теоретическую модель, позволяющую понять, как заряженная лунная пыль взаимодействует с космическими аппаратами при столкновениях на малых скоростях.

При проведении работы были тщательно проанализированы электрические характеристики поверхности Луны. В дневное время ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, исходящее от Солнца, способствует выбиванию электронов из реголита и материалов, составляющих конструкцию аппаратов, что приводит к их положительной зарядке и формированию фотоэлектронной оболочки. В ночное время условия существенно трансформируются: поверхность и оборудование начинают накапливать электроны из окружающей плазмы, приобретая отрицательный заряд и создавая «дебаевскую оболочку» – область, где происходит экранирование электрического поля в плазме. Помимо этого, на электрические характеристики влияет солнечный ветер, непрерывно поставляющий заряженные частицы.

В сложившихся обстоятельствах, приближаясь к устройству, частицы пыли подвергаются воздействию нескольких сил. Электрическое поле оказывает влияние на встроенный заряд пылинки, что может привести как к притяжению, так и к отталкиванию. Диэлектрофоретическая сила, возникающая вследствие деформации неоднородного электрического поля вокруг частицы, толкает её в зону с более высокой напряженностью, независимо от знака заряда. Кроме того, возникает сила притяжения, обусловленная формированием заряда с противоположным знаком на проводящей поверхности.

Согласно результатам моделирования, при непосредственном соприкосновении ключевую роль нередко играют не электростатические силы, а адгезионные силы Ван-дер-Ваальса – слабые взаимодействия между молекулами, которые особенно проявляются при медленных ударах, типичных для операций на Луне. Процесс столкновения включает три этапа: первоначальную упругую деформацию, сопровождающуюся увеличением сил притяжения, возможную деформацию покрытия с потерей энергии и заключительную фазу, в ходе которой частица либо отскакивает, либо остаётся прикрепленной, если скорость соответствует определенному диапазону значений.

Согласно проведенному анализу, в условиях, характерных для лунной поверхности, ключевым фактором является плотность заряда пыли, а не электрический потенциал самого аппарата. Если плотность заряда составляет менее 0,1 милликулона на квадратный метр, то силы адгезии, возникающие при контакте, превышают электростатические. Однако, толстые диэлектрические покрытия с низкой диэлектрической проницаемостью способны существенно уменьшить притяжение пыли, еще до момента столкновения.

Основной результат исследования – предложения относительно выбора материалов: покрытия с низкой поверхностной энергией и шероховатой структурой снижают вероятность прилипания, а частицы большего размера чаще отскакивают из-за более высокого коэффициента восстановления. Кроме того, разработанная модель указывает на ограниченный диапазон скоростей, при которых отрицательно заряженные частицы наиболее подвержены адгезии. Авторы полагают, что полученные данные могут быть применены для прогнозирования накопления пыли, выбора защитных покрытий и разработки систем её удаления, что приобретает особую важность в связи с созданием сценариев продолжительных и сложных лунных миссий.

Похожие статьи

Новый алгоритм Дарвина-Гёделя учит искусственный интеллект самостоятельно программировать.

В США производят эффективные процессоры: тайванские чипы TSMC возвращаются на родину для завершения производства.

В продаже — новая Lada Granta с увеличенным дорожным просветом

Новые модели Kia могут появиться на российском рынке.

Недорогой аналог Toyota Camry с пробегом более 2000 км завоевал популярность

Рамный внедорожник BAW 212 T01 с мощным двигателем: «Китайский УАЗ» с комфортом.