Có nhiều kế hoạch cho rất nhiều sứ mệnh phi hành đoàn lên Mặt trăng trong những năm tới.
Artemis, do NASA lãnh đạo nhưng có sự tham gia của ESA, JAXA và Cơ quan Vũ trụ Canada cũng như các đối tác chuyến bay vũ trụ thương mại, nhằm mục đích đưa những người đầu tiên trở lại Mặt trăng kể từ chương trình Apollo.
Nếu mọi việc suôn sẻ, điều này sẽ được theo sau bởi việc thiết lập các khu định cư lâu dài của con người trên bề mặt mặt trăng.
Tất cả những điều này sẽ liên quan đến việc hạ cánh không chỉ bản thân phi hành đoàn mà còn tất cả môi trường sống và cơ sở hạ tầng cần thiết để hỗ trợ họ trên bề mặt, và do đó đòi hỏi nhiều hơn – và quan trọng là, nặng hơn nhiều – tàu đổ bộ so với tàu Apollo đã sử dụng.
Theo Philip Metzger tại Viện Vũ trụ Florida và James Mantovani tại Trung tâm Vũ trụ Kennedy của NASA, một vấn đề quan trọng cần cân nhắc đối với những tàu đổ bộ khổng lồ như vậy là lượng vật liệu bề mặt mà tên lửa của chúng sẽ phóng vào không gian.
Do Mặt trăng không có không khí và có lực hấp dẫn thấp hơn nhiều so với Trái đất, nên những đợt phun hạt ejecta này có thể được phóng ra ở tốc độ cao lên đến độ cao quỹ đạo.
Metzger và Mantovani đã lập mô hình một tàu đổ bộ nặng 40 tấn (nặng hơn 2,5 lần so với các mô-đun mặt trăng của Apollo) chạm xuống Mặt trăng và tính toán số lượng, kích thước và quỹ đạo của vật chất mặt trăng sẽ được đưa vào không gian.
Một phần quan trọng trong kế hoạch khám phá Mặt trăng của con người sẽ là Cổng mặt trăng, một trạm vũ trụ trên quỹ đạo mặt trăng sẽ đóng vai trò là điểm tổ chức cho các nhiệm vụ xuống bề mặt.
Metzger và Mantovani đã tính toán rằng mỗi mét vuông của Cổng sẽ chịu khoảng 10.000 tác động của các hạt có kích thước bằng hạt bụi khi nó quay quanh.
Nhưng ngay cả khi xem xét tới 100 lần hạ cánh lên Mặt trăng và giả sử rằng Cổng đi qua mỗi tấm ejecta còn sót lại 10 lần, thì chưa đến 0,1% cấu trúc của Cổng sẽ bị mài mòn ở độ sâu vài micron
Các tác giả lưu ý rằng thiệt hại này vẫn nên được tính đến khi thiết kế Cổng và hoạt động của nó.
Cổng Mặt trăng sẽ quay quanh quỹ đạo từ 1.500 km đến 70.000 km so với bề mặt, nhưng đối với tàu vũ trụ ở quỹ đạo mặt trăng thấp, tình hình còn tồi tệ hơn nhiều.
Metzger và Mantovani đã coi một con tàu vũ trụ quay quanh quỹ đạo ở độ cao 110km so với bề mặt mặt trăng, phù hợp với quỹ đạo đỗ của các mô-đun chỉ huy Apollo.
Ở độ cao thấp hơn này, tàu vũ trụ có vận tốc quỹ đạo cao hơn nhiều, khoảng 5.800 km/h và do vật phóng không leo quá xa so với lực hấp dẫn của Mặt trăng, nên nó sẽ di chuyển với tốc độ 16.000 km/h nhanh hơn nhiều.
Ngoài ra, chùm khói sẽ không bị phân tán nhiều nên mật độ tác động cũng sẽ lớn hơn.
Một tàu vũ trụ có quỹ đạo thấp như vậy có thể chịu thiệt hại lớn, các nhà nghiên cứu tính toán rằng khoảng 4% bất kỳ loại kính nào bị hở sẽ bị rỗ và xói mòn.
Điều này có thể làm giảm tầm nhìn qua cửa sổ và giảm khả năng tạo ra năng lượng của các tấm pin mặt trời.
Tin tức không phải là tất cả xấu, mặc dù. Cùng với việc phác thảo các mối nguy hiểm, các nhà nghiên cứu mô tả các giải pháp khả thi.
Các nhiệm vụ bề mặt đầu tiên có thể xây dựng các bệ hạ cánh mạnh mẽ giúp giảm đáng kể lượng vật chất bị đẩy lên quỹ đạo.
Hoặc việc hạ cánh có thể được biên đạo cẩn thận để đảm bảo tàu vũ trụ quay quanh bỏ lỡ những tấm ejecta tồi tệ nhất.
Lewis Dartnell đang đọc Thiệt hại đối với Tàu vũ trụ trên quỹ đạo Mặt trăng do Vật thể đổ bộ lên Mặt trăng gây ra bởi Philip T Metzger và James Mantovani.
Đọc trực tuyến tại arxiv.org/abs/2305.12234.
Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 8 năm 2023 của Tạp chí BBC Sky at Night.