Огневые испытания ракетного двигателя на прототипе лунной посадочной площадки в Исследовательском центре двигательных установок Университета Алабамы в Хантсвилле. Фото: Cadis Ammons / Universe Today
При вертикальной посадке и взлёте космических аппаратов с поверхности Луны образуется сильное загрязнение. Помимо высокой температуры от ракетных двигателей, тяга поднимает в воздух реголит — мелкую пыль, покрывающую большую часть лунной поверхности. Поскольку в ближайшие годы планируется множество пилотируемых и грузовых миссий, космические агентства заключают контракты с коммерческими партнёрами на создание инфраструктуры, которая защитит корабли, астронавтов и другие объекты на поверхности от лунной пыли.
Речь идёт в том числе о посадочных площадках, обеспечивающих устойчивую поверхность и защиту для аппаратов вертикального взлёта и посадки. Для реализации задач программы Artemis NASA привлекла инженеров Университета Алабамы в Хантсвилле (UAH) к их созданию. Работы ведутся в рамках многолетнего партнёрства с сертифицированной инженерной компанией Linc Research Inc. из Хантсвилла при поддержке программы NASA по передаче малому бизнесу технологий (STTR).
Студенческую исследовательскую группу возглавляет доктор Джуди Шнайдер, профессор кафедры машиностроения и аэрокосмической техники UAH. Исследователи разрабатывают конструкцию модульных вентилируемых посадочных площадок, которые обеспечат безопасные перелёты к Луне и обратно. Этим летом команда успешно провела три огневых испытания ракетного двигателя на прототипе площадки в университетском центре двигательных установок, показав, что конструкция способна улавливать и перенаправлять выхлоп ракеты через встроенную систему вентиляции.
На Земле посадочные площадки представляют собой прочное сооружение, выдерживающее всю силу и жар ракетной струи. Это может приводить к серьёзным повреждениям самой площадки, как показала первая попытка запуска прототипа Starship компании SpaceX, когда под монтажной конструкцией образовался кратер, а обломки разлетелись во все стороны. В отличие от этого, конструкция команды UAH использует соединённые между собой элементы с каналами, которые снижают тепловую нагрузку и защищают как сооружение, так и сам корабль.
Для испытаний команда изготовила отдельные бетонные элементы и собрала из них прототип диаметром 3,65 метра. Бетон служит аналогом строительных материалов, которые можно получать из лунного реголита: либо спеканием в керамику для 3D-печати, либо смешиванием со связующим веществом для получения «лунобетона». В элементы также встроили датчики, фиксировавшие, как выхлоп ракетной струи проходил через вентиляционные системы во время трёх пусков.
Модульная конструкция упрощает строительство на Луне, где производственные площадки, вероятно, будут ограничены по площади. Небольшие отдельные элементы облегчат сборку, расширение, обслуживание и ремонт будущих посадочных площадок. Вместе с использованием местных ресурсов для стройматериалов, то есть применением ресурсов на месте (ISRU), этот подход может сделать масштабную лунную инфраструктуру более реальной.
Плотная атмосфера Земли также мешает ракетным струям свободно расширяться и поднимать пыль. Поскольку у Луны нет воздушной оболочки, пылевые облака от ударов или ракет способны долетать до противоположной стороны спутника. Поэтому мощные выбросы при взлёте и посадке могут разгонять пыль до высоких скоростей и повреждать nearby (близлежащие) жилые модули, энергетические элементы, оборудование и другую инфраструктуру. Пыль может выбрасываться и на орбиту, где будет мешать спутникам, станциям и прибывающим кораблям.
По словам Шнайдер, приведённым в пресс-релизе UAH, на Земле для перенаправления ракетного выхлопа используют охлаждаемые водой пламегасители, однако на Луне таких ресурсов не будет, так как вода там ограничена. Цель команды — отвести ракетную струю так, чтобы она не повредила посадочный аппарат и окружающие сооружения. Огневые испытания показали, что струю удаётся перенаправлять: внутренняя вентилируемая структура не даёт теплу разрушать площадку, как это происходит с монолитной конструкцией.
После завершения первых испытаний команда работает над площадкой диаметром 6 метров, которую передадут в Космический центр Маршалла NASA (также в Хантсвилле) для дополнительных проверок и оценки. Эти тесты позволят глубже изучить конструкцию, повысить её технологическую готовность и определить, можно ли масштабировать модульный вентилируемый подход и адаптировать его для многократного использования. Так технология приблизится к внедрению и применению на Луне.