Su Apollo 15, i membri dell'equipaggio non potevano vedere che stavano scendendo sul bordo di un ampio cratere. Dopo aver spento il motore, il modulo lunare ha oscillato all'indietro di circa 11 gradi nel cratere fino a quando il padiglione posteriore ha toccato il suolo. Il poggiapiedi anteriore era quindi sollevato da terra, senza peso. Questa inclinazione di 11 gradi era vicina ai limiti di progettazione per il modulo lunare.
(Immagine: © NASA)
I gruppi di studio sono tornati a dare un'occhiata Atterraggio lunare di Apollo dati per valutare la quantità di terreno lunare espulso nello spazio.
Non solo le squadre di atterraggio dell'Apollo sono state annebbiate dalla polvere soffiata, rendere fastidiosi i touchdown, ma una notevole quantità di rocce e detriti furono mandati in volo durante gli atterraggi con razzi.
La NASA punta a rimettere gli astronauti sulla luna entro il 2024, quindi cosa fare per il problema della polvere? Gli scienziati stanno cercando di escogitare le soluzioni alternative che sembrano necessarie se in viaggio verso la luna è diventare routine.
Ricordi di Apollo
In primo luogo, ci sono diversi resoconti storici riguardanti i touchdown sicuri degli umani sulla luna, a cominciare dal vero primo atterraggio lunare di Apollo, nel luglio 1969. Mentre Neil Armstrong, comandante del modulo lunare di Eagle, rifletteva in un resoconto tecnico, "a qualcosa di meno di 100 piedi, stavamo iniziando a ottenere un foglio trasparente di polvere in movimento che oscurava un po 'la visibilità. Man mano che ci abbassavamo, la visibilità continuava diminuire."
Allo stesso modo, il Apollo 12, Pete Conrad si imbatté in così tanta polvere che fu accecato mentre scendeva in superficie per l'ultima volta. In seguito ha raccontato che "la polvere è arrivata per quanto potessi vedere in qualsiasi direzione e ha completamente cancellato i crateri e qualsiasi altra cosa ... non sapevo dire cosa c'era sotto di me. Sapevo di essere in una zona generalmente buona e stavo per devo mordere il proiettile e atterrare, perché non sapevo dire se ci fosse un cratere laggiù o no ".
Numerosi comandanti dell'atterraggio dell'Apollo successivi hanno notato preoccupazioni simili.
Fare una brutta giornata
La NASA spera di applicare le lezioni dell'era Apollo alle future missioni lunari.
"Per parafrasare un vecchio bromuro, coloro che dimenticano il passato sono condannati ad atterrare allo stesso modo", ha affermato Chirold Epp, responsabile del progetto per lo sbarco autonomo e la tecnologia di prevenzione dei rischi presso il Johnson Space Center della NASA a Houston.
"Dopo aver esaminato gli sbarchi di Apollo, sono giunto a due conclusioni: una, quegli equipaggi hanno fatto un ottimo lavoro. Due, i dati di diversi sbarchi supportano l'idea che dobbiamo dare futuri lander lunari ulteriori informazioni per aumentare le probabilità di successo della missione ", ha aggiunto Epp.
Epp ha detto che se un modulo lunare si fermasse ad un angolo superiore a 12 gradi, gli astronauti potrebbero non essere in grado di lanciarsi dalla superficie. "Quindi, se un equipaggio atterrasse su una collina o con un footpad o due su una grande roccia o in un cratere, ciò potrebbe rendere una brutta giornata", ha detto.
Fisica dello scarico del razzo
"La luna è un corpo a bassa gravità e airless, che rende gli effetti del pennacchio del razzo molto diversi da quelli che sperimentiamo sulla Terra ", ha dichiarato Philip Metzger, scienziato planetario del Florida Space Institute dell'Università della Florida centrale (UCF) a Orlando.
"Sulla Terra, le rocce viaggiano più lontano, mentre la polvere viene fermata a breve distanza dal trascinamento dell'atmosfera terrestre", ha detto Metzger a Space.com. "Sulla luna, è esattamente l'opposto, con la polvere che va più veloce e più lontana. La polvere può causare gravi danni alle superfici dei materiali se atterriamo troppo vicino ad altri hardware o in orbita attorno alla luna."
Lo scarico del motore del lander lunare soffia polvere, terra, ghiaia e rocce ad alta velocità e danneggerà l'hardware circostante - come avamposti lunari, operazioni di estrazione mineraria o siti storici - a meno che l'ejecta non sia adeguatamente mitigato, ha detto Metzger.
Negli ultimi 20 anni, i ricercatori hanno sviluppato un quadro coerente della fisica dello scarico dei razzi che soffia il suolo lunare ", ma esistono lacune significative", ha detto Metzger. "Nessun metodo di modellazione attualmente disponibile può prevedere appieno gli effetti. Tuttavia, le basi sono abbastanza ben comprese per iniziare a progettare contromisure."
Ricercato: trampolini di lancio
Metzger e altri membri del team del Center for Lunar and Asteroid Surface Science (CLASS) dell'UCF affermano che le piattaforme di atterraggio sono necessarie per le missioni che visitano ripetutamente un avamposto lunare.
Per gli atterraggi lunari, la ricerca di CLASS ha dimostrato che la sabbiatura che avverrà in un avamposto lunare è inaccettabile, poiché degraderà eccessivamente ottica, celle solari, superfici di controllo termico e giunti mobili sui meccanismi. Gli impatti causati dal soffiare pietre potrebbero anche rompere l'hardware.
I ricercatori della Florida Space Institute stanno studiando metodi per mitigare gli effetti di queste esplosioni, come la sinterizzazione della regolite lunare. Stanno anche esaminando la robotica per la demolizione e la costruzione di bermuda, oltre a considerare l'uso di ghiaia o pavimentazione. E stanno organizzando una serie di concorsi di robotica per le tecnologie di costruzione delle piattaforme di atterraggio in collaborazione con le aziende di apprendimento automatico per far avanzare ulteriormente le capacità di robotica necessarie.
"La NASA prende molto sul serio i potenziali problemi di ejecta associati all'interazione della superficie del pennacchio del motore a razzo", ha dichiarato Robert Mueller, tecnico senior e ricercatore principale presso l'Exploration Systems and Development Office presso il Kennedy Space Center della NASA in Florida.
Questo è per una buona ragione, disse Mueller; i futuri lander umani avranno più problemi con effetti pennacchio rispetto ai lander Apollo a causa della maggiore spinta del motore. I ricercatori della NASA stanno sviluppando concetti per l'atterraggio lunare e trampolini di lancio anche per i lander con equipaggio.
L'agenzia spaziale sta attualmente adottando misure per valutare i potenziali effetti in un ambiente di vuoto lunare, Mueller ha detto a Space.com, con nuovi codici di modellizzazione dei computer che sono stati in fase di sviluppo attraverso i programmi NASA Small Business Innovation Research e Small Business Technology Transfer.
Ripreso
Non c'è mai stato alcuno sforzo concertato per mitigare il problema della polvere lunare, ha mai detto Michelle Munk, responsabile delle capacità di ingresso, discesa e atterraggio presso il Langley Research Center della NASA a Hampton, in Virginia. "Abbiamo un codice di" produzione "per prevedere cosa accadrà, ma non è convalidato con i dati, quindi non sappiamo davvero quanto siano buone le previsioni."
Munk ha detto che è particolarmente impegnativo eseguire un test di terra realistico per l'ambiente lunare, che fornirebbe buoni dati di "verità". La direzione della missione della tecnologia spaziale della NASA ha recentemente avviato un progetto che ha sia componenti di prova a terra che di modellazione computazionale.
Inoltre, Munk è il principale investigatore di quattro telecamere stereo che verranno trasportate a bordo del lander lunare Nova-C di Intuitive Machines, il cui lancio è previsto per il 2021 su un razzo SpaceX Falcon 9 nell'ambito del programma Commercial Lunar Payload Services della NASA. Il payload si chiama Stereo Cameras for Lunar Plume-Surface Studies (SCALPSS).
SCALPSS è in fase di sviluppo presso la NASA Langley e sfrutta la tecnologia della fotocamera utilizzata nell'agenzia Mars 2020 rover Perseverance, Disse Munk. Il gruppo di telecamere acquisirà i dati video e delle immagini fisse del pennacchio del lander mentre il pennacchio inizia a colpire la superficie lunare fino a dopo lo spegnimento del motore, che è fondamentale per i futuri progetti lunari e di veicoli su Marte.
- La polvere lunare potrebbe essere un problema per i futuri esploratori lunari
- Le 17 missioni sulla luna Apollo della NASA in immagini
- Sbalzo lunare: la NASA vuole iniziare i servizi di consegna lunare commerciale quest'anno
