Загрязнение Луны продуктами сгорания топлива космических аппаратов – насколько это может быть важно и почему?

Сотрудники лаборатории метеоритики и космохимии и лаборатории сравнительной планетологии Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН, совместно с российскими коллегами, оценили степень возможного загрязнения поверхности Луны продуктами сгорания топлива при посадке космических аппаратов Луна-25, 27, 28 и изучили возможные механизмы техногенного воздействия при освоении Луны. Ученые показали, что выявить техногенную контаминацию на фоне высокого содержания водорода, углерода, кислорода, и азота в полярном грунте может быть непросто. Аппараты серии «Луна» при посадке, вероятно, не окажут заметного влияния на состав летучих компонентов в исследуемых образцах реголита. Результаты опубликованы в юбилейном сборнике Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry, and Planetary Sciences издательства Springer Nature.

(а) Схема посадки космических аппаратов Луна-25, 27 и 28; (1) – стадия основного торможения; (2) - этап точного замедления; (b) Лунный манипуляторный комплекс (ЛМК, светло-серый) и рабочий участок, с которого можно взять пробы грунта (тёмно-серый); c) Посадочный модуль «Луна-27» с ЛМС и устройство для отбора проб грунта PROSPECT-GZU.

Интенсивные исследования Луны в настоящее время во многом связаны с открытием залежей водяного льда и других летучих веществ в затененных кратерах на Южном полюсе Луны на рубеже 20–21 веков. Значение этого открытия очень велико, так как это ключ к пониманию происхождения атмосферы и гидросферы Земли. Кроме того, залежи лунного льда имеют практическое значение, поскольку это источник воды и воздуха для лунных поселений и топлива для ракет. Таким образом Луна имеет важное значение не только для фундаментальной науки но и как источник полезных ископаемых и форпост для освоения Солнечной системы. Развитие и удешевление технологий позволяет даже небольшим коммерческим компаниям осуществлять запуски лунных аппаратов. В ближайшие 10–15 лет несколько космических агентств и частных компаний планируют направить свои космические аппараты в полярные районы Луны для исследования льдов и их опытной разработки. Газы, истекающие из ракетных двигателей частично конденсируются на холодных затененных участках лунной поверхности которых много в полярных районах. Струи газов крупных аппаратов способны сдуть лунный грунт, изолирующий лед от внешней среды и он начнет испаряться и повторно оседать в более холодных участках полярного региона. Тем самым, при активном освоении лунных полюсов естественный состав и содержание летучих компонентов в поверхностном слое лунного реголита может измениться и стать недоступным для изучения.

Исследователи ГЕОХИ РАН, в кооперации с коллегами из Института Космических исследований (ИКИ) РАН и Научно-Производственного объединения им. С. А. Лавочкина, оценили степень возможного загрязнения поверхности Луны продуктами сгорания топлива при посадке космических аппаратов Луна-25, 27, 28 (Рис. 1) и изучили возможные механизмы техногенного воздействия при освоении Луны и его значение для научных исследований. Современные приборы очень чувствительны и способны обнаружить присутствие в образце очень малых содержаний химических элементов или изотопов.

«Проблема может заключаться в том, что продукты сгорания ракетного топлива содержат те же химические элементы и их соединения что и лед в полярных кратерах Луны. Мы показали, что изотопный состав водорода, углерода, кислорода, и азота в топливе и лунном грунте похожи, поэтому выявить техногенную контаминацию на фоне высокого содержания этих компонентов в полярном грунте может быть непросто. Помимо этого, естественный характер распределения этих веществ и их изотопный состав в реголите полярных районов остается неизвестным» – пояснил кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории метеоритики и космохимии ГЕОХИ РАН Кирилл Лоренц.

Наиболее выраженные отличия имеет изотопный состав углерода, который в топливе должен быть обогащен легким изотопом ¹²С по сравнению с лунными базальтами и реголитом. Маркером техногенного загрязнения могут служить явно пониженные концентрации таких летучих элементов как сера и ртуть, которые также накапливаются в лунных полярных льдах но отсутствуют в ракетном топливе. Аппараты серии «Луна» расходуют небольшое количество топлива при посадке и будут прилуняться по таким траекториям, что продукты его сгорания, конденсирующиеся в местах посадки, вероятно, не окажут заметного влияния на состав летучих компонентов в исследуемых образцах реголита.

Исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: ГЕОХИ РАН.