En ny NASA-studie simulerar hur avgaser från en landares nedstigningsraketer kan påverka området runt månens sydpol, där Artemis-astronauterna kommer att bo och arbeta med början 2024. Den datormodellering som användes för att skapa simuleringen avslöjade att stora plymer av is och damm höjdes in i den tunna månatmosfären. Skräpet i plymen, såväl som själva avgaserna, kan driva in på månens yta och förändra sammansättningen och utseendet på ytmaterial, vilket potentiellt skymmer närvaron av den vattenis som Artemis kommer att leta efter.
"Eftersom månens gravitation är så svag och dess atmosfär så tunn, tar avgaserna och partiklarna som kastas upp av en landare mycket längre tid att sätta sig än de skulle göra på jorden", säger Andrew Schlegel, doktorandforskare vid Northern Arizona University i Flagstaff , Arizona, och huvudförfattare till studien, publicerad nyligen i tidskriften Icarus. "Dammet och isen kan hänga i luften i dagar eller till och med månader."
Artemis-programmet syftar till att återvända besättningsuppdrag till månen för första gången sedan 1972. Det kommande Artemis III-uppdraget kommer att landa den första kvinnan och den första färgade personen på månens sydpol, och placera dem i ett område som kan innehålla mycket vatten is i permanent skuggade kratrar. Men avgaserna från rymdfarkostens nedstigning, uppstigningen efter att astronauterna lämnat månytan och från en månuppstigningsmodul som används för att återföra astronauter från månens omloppsbana till rymdfarkosten för resan tillbaka till jorden, samt damm som skapats av rörelser av rovers och mänsklig aktivitet på ytan kan avsevärt påverka områdets sammansättning.
"Vi ville veta exakt vilka områden dessa plymer kunde täcka och hur lång tid det skulle ta för partiklarna och avgaserna att sätta sig", säger Schlegel. "Våra simuleringar visar att utstötningar från nedstigningen av en människoklassad landare kan påverka ett relativt stort område nära sydpolen."
För studien använde Schlegel och hans team ett partikelspårningsverktyg som heter SPOC, eller Simulated Plume-surface interactions Over the Moon, för att simulera i tre dimensioner hur avgaspartiklar som frigörs under nedstigningen av Artemis mänskliga landningssystem skulle interagera med regoliten, eller lös jord, på månens yta.
SPOC-simuleringarna visade att plymer färdades över avstånd på hundratals meter, med de mest koncentrerade avlagringarna som täckte ett område ungefär lika stort som en fotbollsplan. Resultaten från olika simuleringar varierade beroende på faktorer som motoregenskaper, landningsplats och förekomsten av stora ytstenar.
Tidigare forskning använde SPOC för att simulera mindre månlandare eller en enda månuppstigning, men Schlegels studie är den mest detaljerade och heltäckande hittills, och simulerar plymer från fullskaliga Artemis-raketer i en region i rymden som upplever mycket andra förhållanden än månekvatorialregionerna NASA:s Apollo-astronauter besökte på 1960- och 1970-talen.
Artemis-uppdraget kommer att använda en bemannad version av Orion-rymdfarkosten, Space Launch System-raketen och Gateway, en liten rymdstation som kommer att kretsa runt månen och fungera som en mellanstation för månnedgångar. Dessa system är designade för att låta NASA-astronauter utforska längre och stanna längre på månen än någonsin tidigare.
NASA planerar att minska potentiell plymkontamination nära Artemis landningsplatser genom att använda avancerad vägledning, navigering och kontrolltekniker för att landa nära områden av vetenskapligt intresse som borde vara relativt fria från plymeffekter. Byrån planerar också att rensa Lunar Gateway från ackumulerade avgaser. På lång sikt undersöker NASA-forskare sätt att rengöra månens yta och förhindra återkontaminering.
