Научное обоснование эксперимента

Плазменно-пылевая экзосфера Луны формируется под влиянием различных внешних факторов:

• электромагнитное солнечное излучение;
• потоки солнечной плазмы (солнечный ветер) и высокоэнергичных космических лучей;
• регулярные и спорадические потоки микрометеоритов.

Из-за постоянной «бомбардировки» лунной поверхности её коренные породы разрушались, и сегодня поверхность Луны покрыта слоем «обломков» коренных пород Луны различных размеров — так называемым реголитом, толщина которого составляет несколько метров.

Поскольку на Луне нет атмосферы, ультрафиолетовое излучение Солнца беспрепятственно достигает поверхности и выбивает фотоэлектроны из атомов веществ верхнего слоя реголита. Таким образом освещённая поверхность Луны приобретает положительный заряд, а над ней образуется облако отрицательно заряженных электронов. В результате над освещенной поверхностью реголита возникает электрическое поле.

На каждую частицу, лежащую на поверхности Луны действуют по крайней мере три силы: сила тяжести, сила адгезии и электростатическая сила. Если электростатическая сила оказывается больше, чем сумма сил сцепления и тяжести, то такие частицы могут отрываться от поверхности и левитировать над ней. Характерный размер таких левитирующих частиц составляет, предположительно, сотни нанометров (нм). От частиц земной пыли их отличают, в частности, острые края, поскольку на Луне они образовались в результате ударных процессов и, в отличие от того, что происходит с микрочастицами на Земле, они не подвергаются действию ветра и воды.

Впервые о лунной пыли и о возможной опасности, которую она представляет для космических аппаратов и космонавтов, стало известно после работы аппаратов Surveyour и экспедиций по программе «Аполлон» (NASA). Приборы посадочных станций Surveyour зарегистрировали свечение над поверхностью Луны в районе терминатора. Астронавты программы «Аполлон» испытывали воздействие пыли, которая проникала через их скафандры и в посадочный модуль во время работы на поверхности Луны. В отчетах астронавтов отмечалось, что мелкие частицы пыли представляет угрозу для здоровья человека. Пыль также оседает на поверхности автоматических станций, нарушая условия терморегулирования служебных систем, а также на панелях солнечных батарей, ухудшая выработку электроэнергии.

Эксперимент «Пылевой мониторинг Луны» на борту станции «Чанъэ-7» (ПмЛ-Ч7) нацелен на исследование плазменно-пылевой экзосферы Луны. С его помощью можно изучать динамику пылевой компоненты в приповерхностной экзосфере; регистрировать микрометеориты и вторичные пылевые частицы лунного реголита, которые выбиваются микрометеороидами, и измерять их физические характеристики. Также предполагается измерять параметры плазмы вблизи космического аппарата и оценивать изменения этих параметров от воздействия вариаций солнечного ультрафиолетового излучением и потоков плазмы солнечного ветра.

Результаты эксперимента будут использоваться для уточнения параметров космической среды, что необходимо для обеспечения безопасности и повышения надежности будущих лунных миссий.

Научная аппаратура

Прибор ПмЛ-Ч7 состоит из двух блоков:

• Блок Ударных Сенсоров УС, включающий 24 пьезоэлектрических пластины, каждая размером 23×30 мм
• Блок ЭД-1, который содержит индукционный датчик заряда и зондовый датчик параметров плазмы (зонд Ленгмюра).

Когда пылевая частица попадает на ударный сенсор, регистрируется её механический импульс и оцениваются физические характеристики (масса и скорость). Зонд Ленгмюра измеряет локальные параметры окружающей плазмы: плотность и температуру.

Прибор ПмЛ-Ч7 аналогичен прибору ПмЛ (Плазменный мониторинг Луны), который был установлен на КА «Луна-25», и создан на основе задела по проекту «Луна-25» в отделе физики планет ИКИ РАН.

Состав миссии «Чанъэ-7»

Автоматическая межпланетная станция «Чанъэ-7» включает несколько элементов: посадочный аппарат, луноход и мини-хоппер (Mini-hopping probe), а также орбитальный аппарат. Посадку планируется произвести в южном полярном районе Луны на краю кратера Шеклтон.