Лунная пыль, ставшая серьёзной проблемой ещё во время миссий Apollo, вновь привлекла внимание учёных на фоне подготовки к возвращению человека на Луну. Мелкие частицы реголита легко поднимаются и прилипают к оборудованию, повреждая визоры скафандров, уплотнения и поверхности приборов.

Учёные из Пекинского технологического института, Китайской академии космических технологий и Китайской академии наук представили подробную теоретическую модель, описывающую поведение заряженной лунной пыли при низкоскоростных столкновениях с космическими аппаратами.

В работе подробно учтены электрические условия на Луне. Днём ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца выбивает электроны из поверхности реголита и материалов аппаратов, придавая им положительный заряд и формируя фотоэлектронную оболочку. Ночью ситуация меняется: поверхность и техника накапливают электроны из окружающей плазмы и становятся отрицательно заряженными, образуя «дебаевскую оболочку» (область экранирования электрического поля в плазме). Дополнительное влияние оказывает солнечный ветер, постоянно приносящий заряженные частицы.

В этих условиях частицы пыли, приближаясь к аппарату, испытывают сразу несколько воздействий. Сила электрического поля действует на собственный заряд пылинки и может как притягивать её, так и отталкивать. Диэлектрофоретическая сила возникает из-за искажения неоднородного электрического поля вокруг частицы и направляет её в область с более сильным полем вне зависимости от знака заряда. Третьим фактором становится притяжение, возникающее из-за индуцированного противоположного заряда на проводящей поверхности.

Модель показывает, что при самом контакте решающую роль часто играют не электростатические эффекты, а адгезионные силы Ван-дер-Ваальса — слабые межмолекулярные взаимодействия, особенно заметные при медленных ударах, характерных для лунных операций. Столкновение проходит в три стадии: начальную упругую деформацию с ростом сил притяжения, возможную деформацию покрытия с потерей энергии и фазу разгрузки, в которой частица либо отскакивает, либо остаётся прилипшей, если скорость попадает в критический диапазон.

Авторы показали, что для типичных условий лунной поверхности плотность поверхностного заряда пыли важнее электрического потенциала самого аппарата. При плотности заряда ниже 0,1 милликулона на квадратный метр адгезионные силы во время контакта превосходят электростатические. В то же время диэлектрические покрытия большой толщины с низкой диэлектрической проницаемостью (способностью материала накапливать электрический заряд) могут заметно ослабить притяжение пыли ещё до удара.

Практический вывод работы заключается в рекомендациях по выбору материалов: покрытия с низкой поверхностной энергией и шероховатой текстурой уменьшают вероятность прилипания, а более крупные частицы чаще отскакивают благодаря более высокому коэффициенту восстановления. Модель также выявляет узкий диапазон скоростей, при котором отрицательно заряженные частицы наиболее склонны к адгезии. По мнению авторов, эти результаты могут использоваться для прогнозирования накопления пыли, выбора защитных покрытий и проектирования систем её удаления, что становится всё более актуальным на фоне разработок сценариев длительных и сложных лунных миссий.