Ученые предложили способ спасти лунный транспорт от электричества вечной ночи
Любое перемещение по лунной поверхности в зоне вечной ночи быстро насыщает двигающийся объект электростатическим зарядом. Это не просто увеличивает налипание пыли, но и создает опасность электростатического разряда высокого напряжения, который может повредить электронику. Похоже, есть пара способов существенно снизить тяжесть этой проблемы.
Американские исследователи попробовали рассчитать, как будет меняться угроза электростатических разрядов для лунного транспорта с разными параметрами в глубоко затененных кратерах Луны. Самый очевидный способ борьбы с ней оказался неработающим. Зато пара других, кажется, могут дать серьезные результаты, как минимум для луноходов, если не луномобилей. Результаты работы опубликовали в Advances in Space Research.
Перемещение по Луне — одна из самых серьезных проблем при ее исследовании. Человеку оно дается непросто, потому что лунные скафандры массой больше центнера. И хотя сила тяжести на Луне меньше, но преодоление инерции точно такое же, то есть движение в скафандре ощущается по-настоящему тяжело. Описания американских астронавтов первой лунной гонки показывают это вполне ясно.
Альтернативой хождению еще в 1970-х стали луномобили — астронавты достигали на них скорости до 18 километров в час, что приводило даже к временному отрыву колес от поверхности (после неровностей). Но вместе с плюсами были и минусы: при движении на луномобилях накапливался электростатический заряд, и это создавало целый букет проблем.
Электростатика повышала прилипание пыли. Да и та пыль, что поднималась из-под колес луномобилей из-за трения о реголит, становилась заряженной. В итоге ее налипание быстро снижало эффективность работы радиаторов, рассеивавших тепло. Это снижало безопасную мощность работы луномобиля. Когда крыло над колесом одного из луномобилей оторвало, пыль засыпала астронавтов так, что они не могли ехать. Из-за электростатики она часто «левитировала», вместо того, чтобы сразу осесть.
Новая лунная гонка добавила к этому еще больше сложностей. Сейчас в США считают самой перспективной для исследования зону вечной тени в лунных кратерах, где американские ученые рассчитывают найти много водного льда.
Авторы новой работы констатировали, что в зоне вечной тени нет солнечного ветра (его блокируют стенки кратеров). Плазма солнечного ветра имеет высокую проводимость, поэтому с ней часть электростатического заряда уносится с поверхности Селены — в том числе и с едущего по ней колесного транспорта. Поэтому, входя в затененные зоны, любой транспорт сразу начнет накапливать заряд куда быстрее, чем на открытой местности. Напряжение статики может достичь таких величин, что повредит электронику, управляющую луноходом или луномобилем. Не исключены и проблемы со связью.
Исследователи попробовали рассчитать, можно ли решить проблему за счет электрической изоляции колес от остального транспортного средства. Оказалось, что это плохая идея: на колесах в итоге заряд будет накапливаться намного быстрее, провоцируя налипание на них пыли и другие проблемы. Напротив, эффективнее будет обеспечить полную проводимость лунохода, чтобы заряд распределялся по нему равномернее.
Затем расчеты показали еще два пути смягчения проблемы электростатики в зонах вечной тени. Во-первых, если спускаться в кратер держа Солнце перед собой, то солнечный ветер снизит накопление заряда до того, как светило не исчезнет с горизонта. Напротив, если спускаться держа Солнце за спиной, рассеивание заряда снизится.
Во-вторых, мощным средством снижения заряда будет тихоходность. Если двигаться не быстрее 0,72 километра в час, скорость рассеяния заряда от транспортного средства будет выше, чем скорость его накопления, то есть проблема вообще не возникнет.
С практической точки зрения луноходы вполне способны двигаться так медленно без снижения производительности. Рекордный по дальности и средней скорости «Луноход-2» прошел 39 километров за четыре месяца, то есть был в несколько раз медленнее указанной скорости.
А вот с луномобилями все не так: из-за возможностей водителя, они поддерживали среднюю скорость девять километров в час, что выше безопасного уровня. Снизить ее до рекомендаций можно, но непрактично: даже в скафандре человек будет двигаться быстрее.
Дополнительной проблемой продолжает оставаться накопление заряда на скафандрах. Людям придется спуститься в зону вечной тени, потому что иначе обследовать ее эффективно не получится. При трении ботинок о реголит тоже действуют трибоэлектрические силы, поэтому проблему перемещения будущей американской лунной экспедиции в кратеры вечной тени пока нельзя считать вполне решенной.