С помощью «Артемиды» НАСА планирует исследовать большую часть Луны, чем когда-либо прежде, с помощью миссий человека и роботов на лунную поверхность. Поскольку будущие посадочные аппараты будут крупнее и оснащены более мощными двигателями, чем посадочные аппараты «Аполлон», риски миссии, связанные с их работой во время приземления и взлета, значительно выше. Учитывая цель агентства по обеспечению устойчивого присутствия человека на Луне, планировщики миссий должны понимать, как будущие спускаемые аппараты взаимодействуют с лунной поверхностью, когда они приземляются на неизведанных лунных ландшафтах. Высадиться на Луну непросто. Когда миссии доставляют экипаж и полезные грузы на поверхность Луны, космический корабль управляет их спуском, запуская ракетные двигатели, чтобы противодействовать гравитационному притяжению Луны. Это происходит в экстремальных условиях, которые трудно воспроизвести и протестировать на Земле, а именно в сочетании низкой гравитации, отсутствия атмосферы и уникальных свойств лунного реголита — слоя мелкой рыхлой пыли и камней на поверхности Луны.
Каждый раз, когда космический корабль приземляется или взлетает, его двигатели выбрасывают сверхзвуковые шлейфы горячего газа к поверхности, а мощные силы поднимают пыль и выбрасывают камни или другой мусор на высоких скоростях. Это может вызвать такие опасности, как визуальные препятствия и облака пыли, которые могут помешать работе навигационных и научных приборов или привести к повреждению посадочного модуля и другого близлежащего оборудования и конструкций. Кроме того, шлейфы могут разрушить поверхность под посадочным модулем. Хотя кратеры не образовывались для посадочных модулей масштаба Аполлона, неизвестно, насколько более крупные посадочные модули, запланированные для предстоящих миссий «Артемида», разрушат поверхность и не вызовут ли они быстрое образование кратеров в зоне приземления, создавая риск для устойчивости посадочного модуля и астронавтов на борту.
Чтобы улучшить понимание взаимодействия шлейфа с поверхностью (PSI), исследователи из Центра космических полетов имени Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, разработали новые программные инструменты для прогнозирования среды PSI для проектов и миссий НАСА, включая систему высадки человека и службу коммерческой лунной полезной нагрузки. инициатива и будущие марсианские корабли. Эти инструменты уже используются для прогнозирования образования кратеров и визуального затемнения во время предстоящих лунных миссий и помогают НАСА минимизировать риски для космического корабля и экипажа во время будущих высадочных миссий. Команда НАСА «Маршалл» недавно смоделировала взаимодействие шлейфов двигателя посадочного модуля «Аполлон-12» с поверхностью и прогнозируемую эрозию, которая очень похожа на то, что произошло во время приземления. На этой анимации изображены последние полминуты снижения перед выключением двигателя, показаны прогнозируемые силы, действующие на плоскую расчетную поверхность шлейфами.
Это напряжение, известное как напряжение сдвига, представляет собой величину боковой или боковой силы, приложенной к заданной площади, и является основной причиной эрозии, когда жидкости текут по поверхности. Здесь колеблющиеся радиальные узоры показывают интенсивность прогнозируемого напряжения сдвига. Более низкое напряжение сдвига имеет темно-фиолетовый цвет, а более высокое напряжение сдвига — желтый. Эти симуляции запускались на суперкомпьютере Pleaides в Центре передовых суперкомпьютеров НАСА в Исследовательском центре Эймса НАСА в Силиконовой долине Калифорнии в течение нескольких недель, генерируя терабайты данных.
