Ученые из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн создали устройство, предназначенное для определения плотности пыли, поднимаемой в процессе посадки на планету при работе двигателей посадочного модуля.
Ввиду того, что камеры и другое оптическое оборудование не способно давать точные измерения из-за влияния плотных пылевых облаков, миллиметровый радарный интерферометр является более подходящей заменой для точного анализа пыли и мусора.
Прибор может быть размещен между опорами космического корабля или применяться в процессе посадки на Луну. Это позволит собирать информацию о взаимодействии с пылевым облаком до того, как аппарат коснется поверхности. По словам исследователя Николя Расмонта:
Иные способы измерения также доступны, однако наш прибор предназначен для работы с облаками частиц, характеризующимися плотностью, превышающей возможности оптических методов, но недостаточной для использования современных непрозрачных многофазных технологий, например, рентгеновской томографии или магнитно-резонансной томографии. Более того, он позволяет проводить несколько тысяч измерений в секунду.
Проект получил поддержку НАСА в рамках грантовой программы FINESST (Future Investigator in Earth and Space Science and Technology).
Научный прибор, получивший название Radar Interferometry For Landing Ejecta (RIFLE), был разработан четыре года назад, начиная с 2020 года. По словам Расмонта, радарный интерферометр создает волны длиной 3,8 мм.
RIFLE использует технологию радара FMCW (Fully-integrated Frequency Modulated Continuous-Wave), работающую в диапазоне 77-81 ГГц. Волна проникает через облако частиц, создаваемое двигателями посадочных аппаратов во время посадки на поверхность планеты. Отразившись от частиц, волна возвращается и улавливается интерферометром, который фиксирует данные о частицах и их концентрации.
Радарная интерферометрия широко применяется в дистанционном зондировании, однако, как отмечает Расмонт, проект RIFLE стал первым, где этот метод используется для изучения гидродинамики в условиях плотных облаков частиц.
Испытания интерферометра
Для проверки работоспособности интерферометра, команда осуществила эксперимент, измерив время прохождения сигнала между излучателем и приемником для «известного препятствия», используя оптические методы.
Для проведения исследования ученые применили щелевую диафрагму, которая позволила создать тонкую завесу из пыли с заранее определенной концентрацией, камеру и источник света. Камера позволяет фиксировать тени частиц. При значительном увеличении становится возможно увидеть отдельные частицы и определить их тени.
Имея информацию о концентрации одной частицы, можно добавлять другие, формируя таким образом единое облако с известной концентрацией и размером для проведения анализа.
Эффективное решение при работе с лунным грунтом
Лунная поверхность сформировалась в результате ряда процессов, связанных с изменением пространства. К ним относятся удары микрометеороидов, воздействие солнечного ветра и космического излучения. Мелкие частицы лунного реголита, размер которых составляет несколько десятков микрон, обычно называют лунной пылью.
Именно она, согласно отзывам астронавтов, создавала проблемы во время полетов программы «Аполлон». Следовательно, лунная пыль представляет собой значительную угрозу для пилотируемых миссий с первых дней освоения Луны. Способен ли радарный интерферометр кардинально изменить методы посадки на Луну в скором времени? Безусловно, да!
Поскольку при сближении с поверхностью газовый поток от двигателей спускаемого аппарата поднимает значительное количество реголита, возникает проблема. Выброс пыли, образующийся вследствие плавления верхнего слоя грунта, может привести к абразивному износу, загрязнению оборудования, снижению видимости для астронавтов. В конечном итоге это способно повредить датчики посадки и создать угрозу для жизни людей.
Использование данного инструмента в сочетании с другим научным оборудованием дало бы возможность глубже понять механизм подъема лунной пыли. Кроме того, это позволит более детально изучить ее состав и определить области наибольшей концентрации, а также выяснить, при каких условиях она наиболее активна.
Наличие этого ресурса могло бы существенно способствовать безопасному и устойчивому освоению Луны, к которому мы стремимся.
С полным текстом обновленного исследования можно ознакомиться .