Как НАСА готовится к новой лунной миссии

НАСА и частные космические компании готовятся снова отправить оборудование и астронавтов на Луну, где им предстоит столкнуться с почти невидимой угрозой — микроскопическими частицами пыли.

Остаточная лунная порода, или реголит, забивается в дрели и другие инструменты. Она настолько острая, что может повредить скафандр. Поскольку пыль поглощает солнечный свет, она также может вызвать перегрев чувствительных электронных устройств.

Вдобавок ее частицы представляют опасность для здоровья. Во время программы «Аполлон» астронавты находились на поверхности Луны максимум 22 часа, и некоторые из них по возвращении жаловались на жжение в глазах и забитый нос. На фотографиях, сделанных в ходе миссии корабля «Аполлон-17», где упор был сделан на изучение геологии, а астронавты совершали семичасовые поездки на луноходе, можно увидеть, что лицо Джина Сернана покрыто пылью, как у шахтера.

В ходе технического брифинга по возвращении на Землю Сернан сказал руководителям НАСА: «Лунная пыль — одно из главных препятствий для деятельности на Луне».

Пыль засоряла радиаторы, выводящие тепло и двуокись углерода из скафандров, и даже проделала дыру на колене внешнего скафандра Сернана, говорит Фил Эйбл из Исследовательского центра НАСА имени Джона Х. Гленна, специалист по лунной пыли.

Возвращаясь в модуль, астронавты «Аполлона-17» приносили на себе пахнущие порохом частицы породы. Согласно отчету НАСА, опубликованному в 2020 году, пыль вызвала у Харрисона Шмитта, пилота модуля, аллергическую реакцию.

Один из астронавтов миссии «Аполлон-12» так описал произошедшее: «В модуле было столько пыли, что когда я снял шлем, то почти не мог видеть. Пыль мгновенно попала мне в глаза». (Цитата приведена в отчете НАСА за 2009 год).

Ученые из Университета штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук изучили воздействие лунной пыли на клетки легких и мозга человека и обнаружили, что она убивает до 90% клеток, говорится в статье, опубликованной в 2018 году в журнале GeoHealth.

По словам Эйбла, заболевания дыхательных путей — это главная опасность пребывания на Луне. «Частицы пыли засоряют легкие, и со временем это может приводить к развитию болезней, — говорит он. — Во время предыдущих миссий были опасения, что если бы астронавтам пришлось проделать дополнительную работу на поверхности Луны, их скафандры пропустили бы слишком много пыли. Сейчас мы работаем над тем, чтобы не допустить этого».

Инструменты и скафандры должны будут иметь сверхскользкие поверхности с эффектом лотоса. Шершавые листья этого растения покрыты микроскопическими кристаллами воска, благодаря которым они отталкивают воду и грязь лучше, чем гладкая поверхность.

Миллер и другие ученые из НАСА работают над созданием материалов, имитирующих данную текстуру. Один из таких материалов — сверхгладкая облицовка, которой можно покрывать ткань для скафандров, окна и солнечные батареи.

Ученые из НАСА также нашли способ отталкивать частицы пыли при помощи маленького электрического заряда наподобие статического электричества. Они разработали электростатический прибор, который, благодаря тонкому слою полония-210, источника альфа-частиц, бомбардирует пыль, попадающую в закрытое пространство. Прибор отталкивает маленькие частицы и заряжает более крупные, вследствие чего те притягиваются к заряженной пластине, которая затем устраняет пыль. Это устройство можно выполнить в разных размерах, но оно предназначено для небольших пространств, вроде гнезд подшипников и колесных валов лунохода. Трудность заключается в том, чтобы заряд не влиял на работу электроники на борту корабля и инструментов на лунной поверхности.

Частицы пыли, которые слишком велики, чтобы устранять их при помощи электрического заряда, ученые из НАСА предлагают сбивать волной ультразвука — вроде того, как при повышении громкости на стереосистеме начинают трястись колонки. По словам Эйбла, этот способ может быть применен, например, для солнечных батарей, которые должны постоянно очищаться от пыли, чтобы собирать достаточно света для обеспечения лунной базы энергией.

Кое-что подготовили ученые и для того, чтобы уберечь от пыли легкие астронавтов. В ходе яркой пресс-конференции в Вашингтоне в 2019 году НАСА представило новый скафандр, получивший название Exploration Extravehicular Mobility Unit, или xEMU. Он более удобен для женщин, а также имеет фильтры для удаления пыли и сделан из более крепких материалов, что поможет уменьшить количество пыли, собирающейся на его поверхности.

К сожалению, космическое агентство не рассчитало стоимость нового скафандра, которая, согласно обнародованному на прошлой неделе аудиту, может превысить 1 миллиард долларов и тем самым вынудить НАСА отсрочить посадку на Луну до 2025 года.

Лунная пыль почти наполовину состоит из диоксида кремния, который раскалился и застыл, образовав стекло, разбитое затем метеоритами на крошечные осколки. Эти осколки, не подвергавшиеся воздействию ветра и воды, так и остались острыми, говорит Миллер.

«На Земле есть текучая вода, дождь и эрозия. Но на Луне ничего этого нет, — объясняет она. — Крошечные метеориты падают на поверхность Луны и разбивают породу на угловатые, зазубренные куски».

Попытки найти решение этой проблемы породили неожиданный спрос на искусственную лунную породу. Компания под названием RedWire недавно отправила искусственный реголит собственного производства на МКС, где астронавты при помощи 3D-принтера будут печатать из него панели для строительства будущих жилищ. У частных космических компаний уже подписаны контракты на отправку разведывательных миссий на Луну для подготовки к созданию базы. Запуск первого посадочного модуля, разработанного питтсбургской компанией Astrobotic, запланирован на начало 2022 года. Его задачей будет исследовать Южный полюс Луны в поисках залежей льда.

Фирма Off Planet Research, базирующаяся в Сиэтле, производит несколько видов лунной пыли и продает их частным космическим компаниям, которые затем используют ее в ходе испытаний кораблей и оборудования.

Для производства своей лунной пыли фирма закупает базальт на шахтах Аризоны и минерал анортозит на шахтах в Канаде. Сорт лунной пыли подбирается под ту часть поверхности, на которой клиент планирует совершить посадку. Смеси из базальта имитируют пыль, которая встречается на темных вулканических равнинах, или морях, тогда как смести из анортозита имитируют породу на светлых поверхностях Луны, называемых высокогорьями.

Порода пропускается через специальную дробильную машину, что позволяет получить материал, напоминающий тот, который покрывает поверхность Луны, говорит ведущий исследователь компании Мелисса Рот.

Самым трудным было придумать, как сделать крошечные частицы такими же острыми, как на Луне. «Мы на протяжении нескольких лет изучали, как погодные условия на Луне обуславливают форму частиц, — говорит Рот. — Необходимо было достичь той же угловатости и остроты». При использовании большей части оборудования для дробления камней края получаются закругленными, поэтому компании пришлось самостоятельно разработать машину, которая дробит породу на острые фрагменты, не сглаживая края и не засоряя искусственный реголит осколками металла из самой машины.

Компания также работает над созданием искусственного лунного льда. Лунный лед поможет инженерам произвести из реголита «лунный бетон», который предполагается использовать при строительстве поселений на Луне. Из него также можно будет получить водород и кислород для производства ракетного топлива. В прошлом году две команды исследователей сообщили, что на Луне больше воды, чем предполагалось ранее. И это хорошая новость для астронавтов.

Лунный лед состоит из воды и небольших примесей других химических веществ, но также содержит фрагменты лунной пыли. Off Planet производит свой грязный лед, примораживая ингредиенты к обычному искусственному льду при помощи метода под названием криогенное осаждение из газовой фазы. Рецепт своего искусственного льда Off Planet составила на основе изображений и других данных, собранных с помощью зондов, вращающихся по орбите Луны. В его состав входит вода, двуокись углерода, монооксид углерода, сероводород, оксид серы, метан, этан, аммиак, метанол и реголит.

У фирмы несколько десятков клиентов из десяти стран, каждый из которых готовит собственную миссию на Луну. Производство искусственной лунной пыли — это «динамично развивающаяся отрасль, — говорит совладелец Off Planet Винс Ру. — Доходы растут, и мы планируем расширяться».

Острая пыль и грязный лед: как НАСА готовится к новой высадке на Луну

Читайте также