Исследователи из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн разработали прибор для измерения плотности пыли, которая поднимается при взаимодействии двигателей посадочного аппарата с планетарной поверхностью на этапе посадки.
Поскольку камеры и другое оптическое оборудование не обеспечивают точных измерений, так как их «ослепляют» плотные пылевые облака, этот прибор, представляющий собой миллиметровый радарный интерферометр, предлагает лучшую альтернативу для точного анализа пыли и мусора.
Для использования на Луне прибор может быть установлен между опорами космического корабля или использоваться во время спуска. Таким образом, он мог бы собирать данные о взаимодействии с пылевым облаком до приземления космического аппарата. Исследователь Николя Расмонт сказал:
Существуют и другие методы измерения, но наш прибор применим к облакам частиц, которые слишком плотные для оптических измерений, но слишком тонкие для современных непрозрачных многофазных методов, таких как рентгеновские лучи или магнитно-резонансная томография. Кроме того, прибор способен проводить несколько тысяч измерений в секунду.
Проект был поддержан НАСА в рамках гранта FINESST (Future Investigator in Earth and Space Science and Technology).
Научный прибор называется Radar Interferometry For Landing Ejecta (RIFLE), его разработка началась четыре года назад, в 2020 году. Как заявляет Расмонт, радарный интерферометр генерирует волны длиной 3,8 мм.
В основе RIFLE лежит технология радара FMCW (Fully-integrated Frequency Modulated Continuous-Wave), который работает в диапазоне 77-81 ГГц. Волна проходит через плотное облако частиц, поднимаемое двигателями посадочных аппаратов при посадке на поверхность планеты. Пройдя через облако частиц, волна отражается и снова улавливается интерферометром, который определяет частицы и их концентрацию.
Хотя радарная интерферометрия широко используется в дистанционном зондировании, по словам Расмонта, RIFLE — это первый проект, в котором радарная интерферометрия применяется к плотным облакам частиц для гидродинамики.
Испытания интерферометра
Чтобы убедиться в работоспособности интерферометра, команда провела эксперимент по измерению времени пролета между излучателем и приемником для «известного препятствия» с помощью оптической техники.
Исследователи использовали щелевую диафрагму для создания очень тонкой завесы из пыли известной концентрации (уже установленной командой), камеру и источник света. Камера может видеть тени частиц. При довольно большом увеличении можно разглядеть отдельные частицы и отметить их тени.
Наконец, зная концентрацию одной пылинки, можно добавить другие, чтобы получить единое облако частиц известной концентрации и размера для анализа.
Полезный инструмент в случае с лунным реголитом
Поверхность Луны является результатом многочисленных процессов пространственного изменения. Это столкновения микрометеороидов, распыление солнечного ветра и излучение космических лучей. Самую мелкую часть лунного реголита, размером в несколько десятков микрон, принято называть лунной пылью.
Именно она, по описаниям астронавтов, вызывала трудности во время пилотируемых миссий «Аполлон». Таким образом, лунная пыль представляет собой серьезную опасность во время пилотируемых полетов с самого начала освоения Луны. Может ли этот радарный интерферометр «революционизировать» подход к посадке на Луну в ближайшем будущем? Ответ — да!
Это связано с тем, что при приближении к поверхности сверхзвуковой газовый шлейф от двигателей спускаемого аппарата поднимает большое количество реголита. Этот выброс пыли, образовавшийся в результате плавления твердого поверхностного слоя, способен вызвать абразивные повреждения, засорение окружающего оборудования, ухудшение видимости для астронавтов. И в конечном итоге даже вывести из строя датчики посадки, что может привести к гибели людей.
Наличие такого прибора, работающего вместе с другими научными приборами, позволило бы еще лучше понять, как происходит подъем лунной пыли. Это также позволит лучше изучить ее состав и области, в которых она наиболее сконцентрирована и для каких условий.
Ее наличие для будущих лунных миссий могло бы внести реальный вклад в безопасное создание устойчивости на Луне, которую мы с таким нетерпением ждем.
Полностью с обновленным исследованием можно ознакомиться здесь.
