Как взаимодействовали с пылью колеса лунных роверов?

КРАТКИЙ ОТВЕТ: Взаимодействие колес лунных роверов с пылью демонстрирует безвоздушную среду с низкой силой притяжения, что полностью соответствует физическим условиям на Луне.

Экипажи Apollo 15, 16 и 17 обладали самыми быстроходными транспортными средствами на поверхности Луны. Автоматические луноходы что прошлого, что настоящего значительно уступают им в скорости. Максимальная скорость луномобиля Lunar Roving Vehicle составляла 13 км/ч, а у советских «Луноходов» почти в сто раз меньше — лишь 0,14 км/ч. Поэтому напрямую сравнить взаимодействие с реголитом колес американских транспортных средств и луноходов других стран не получится.

Американцы позволяли себе лихачить на роверах, и этот «Гран-при» остался для истории в съемке 16-мм камеры экипажа Apollo 16.

Глядя на поездку Джона Янга по лунной поверхности 28 апреля 1972 года, снятую на 16-мм камеру Чарльзом Дьюком, нельзя не обратить внимание на потоки пыли из-под колес. Если посмотреть на одиночные кадры, то на первый взгляд кажется, что поток пыли, вырывающийся из-под заднего колеса, поднимается под углом 45 градусов, а потом падает на поверхность почти отвесно вниз. Однако такое невозможно ни на Земле, ни на Луне, если нет какого-то встречного препятствия. На Земле есть атмосфера, которая тормозит полет песчинок, вылетающих из-под колес, но это лишь сокращает дальность их полета, сохраняя дугообразную баллистическую траекторию.

«Гран-при» астронавтов Apollo 16. NASA

Если взглянуть на серию кадров «лунного ралли», то можно понять, что выброшенная пыль продолжает полет по дуге, как и положено. Иллюзию отвесного падения создают более плотные потоки реголита, которые поднимаются от задних колес отдельными волнами, когда протекторы черпают более щедрые горсти грунта. Проследив взглядом за такой волной, мы увидим, что она движется с одной скоростью, но из-за разницы в размере и сцепных свойствах частицы ведут себя по-разному. Нижняя, наиболее плотная часть выброшенного грунта постепенно оседает на поверхность, пролетая малой дугой, а верхняя движется по баллистической траектории, рассеиваясь в пространстве до полной невидимости.

Пыль, вылетающая из-под колес луномобиля LRV. В правой колонке отмечается высота пылевого выброса из-под колеса. На нижней иллюстрации сравниваются измерения. NASA

Сейчас любой желающий может найти видеозаписи земных ралли на похожих четырехколесных машинах «багги», чтобы сравнить поведение песка и пыли на Земле и Луне. Во время движения земных багги на невысокой скорости, подобной той, что могли себе позволить развить астронавты, потоки песка и пыли практически не поднимаются выше колеса. Это происходит из-за более высокой силы земного притяжения и сопротивления воздуха. При значительном увеличении скорости земных багги песок и пыль поднимаются иногда выше автомобиля, но их «хвост», висящий в воздухе, простирается на десятки метров за машиной. Если поверхность песчаная и достаточно сухая, то багги поднимает целые облака пыли, которые висят в воздухе десятки секунд или минуты. Ничего подобного на Луне не происходит.

Гонки земных машин по влажному песку позволяют обойтись без облаков пыли, и тогда остаются только длинные и невысокие «хвосты» из-под колес. Причем такой эффект сохраняется при движении как больших автомобилей, так и малых радиоуправляемых моделей.

«Лунное ралли» проходило на невысокой, в сравнении с земными гонками, скорости около 10 км/ч, при этом колеса LRV легко подбрасывали грунт выше автомобиля. Независимо от размера частиц, и песчинки, и пылинки одинаково подчинялись законам баллистики в полете и не создавали зависающих облаков, которые невозможны в вакууме.

Сравнивая «лунное ралли» с земными соревнованиями, которые проходят по сухому и влажному песку на автомобилях, управляемых людьми, или на моделях, можно убедиться, что «непыльный» заезд Джона Янга был возможен только на Луне.