Российские ученые создали доступный аналог марсианского грунта

Как сообщили в Минобрнауки России, созданный имитатор VI-М1 (от англ. Vernadsky Institute) уже получил международное признание. Он экономически доступен, стабилен при эксплуатации и хранении.

– Прежде чем приступить к нашей работе по созданию имитатора марсианского реголита, мы тщательно изучили вопрос, опираясь на данные международных посадочных миссий (Viking, Pathfinder, InSight, Zhurong, Perseverance), которые исследовали грунт на планете, – поясняет один из авторов работы, сотрудник лаборатории геохимии Луны и планет ГЕОХИ РАН Александра Уварова. – Настоящий марсианский реголит в основном состоит из базальтов с большими или меньшими содержанием (в зависимости от районов) кремния (SiO₂). Красноватый цвет ему придают оксиды железа. Представьте себе: для того чтобы получить несколько тонн наиболее близкого грунта-аналога, надо только для его основы где-то раздобыть горную породу похожего состава или продукты вулканического извержения (которые, вероятно, будет в труднодоступном месте) и стереть его в песок!

У тех же американцев, конечно, существуют аналоги, близкие к марсианскому по минеральному составу, но они очень дорогостоящие. Так, аналог марсианского реголита JSC Mars-1 состоит из выветренного вулканического пепла с Гавайских островов, Mojave Mars Simulant, разработанный Лабораторией реактивного движения в 2008 году включает базальтовые породы из пустыни Мохаве, JEZ-1, разработанный Университетом Центральной Флориды в 2019 году для марсохода Perseverance также основан на базальтовых породах, а еще – на смектитовой глине, карбонате магния и оливине.

Основным недостатком всех перечисленных имитаторов грунтов является их высокая стоимость, что, по мнению российских ученых, приемлемо для мелкомасштабного использования, но существенно ограничивает их применение в масштабных экспериментах, часто измеряемых десятками кубических метров.

– Мы поставили себе задачу создать имитатор марсианского реголита по физико-механическим свойствам для крупномасштабных испытаний посадочных миссий, – продолжает Александра Уварова. – Ведь для этого необходимо бывает заполнить имитатором грунта площадку размером с большой плавательный бассейн! При этом важно, чтобы у него был соответствующий марсианскому гранулометрический состав, плотность, пористость, сцепление, прочностные и деформационные характеристики, от которых, например, непосредственно зависит поведение грунта при посадке аппарата. В других статьях по марсианским реголитам мы такого внимания к механическим свойствам марсианского грунта не встречали.

– И какие материалы в итоге заменили вам марсианский реголит?

Мы исследовали компоненты, которые смогли бы воспроизвести гранулометрический состав (процентное соотношение частиц разной крупности) и форму частиц, а также низкую плотность, характерную для верхнего слоя поверхности. Также была важна экономическая доступность компонентов. На основе проведенных экспериментов с разными материалами мы подобрали четыре компонента. Это техногенные материалы, то есть обработанные человеком: кварцевый песок с окатанными частицами и дробленый кварцевый песок, зола и золо-шлаковая смесь. Данные компоненты в разных соотношениях позволяют имитировать и песчаные, и глинистые фракции марсианского грунта. Их смесь позволила точно сымитировать верхний слой реголита, который имеет глубину около 1-1,5 метров.

Справка. Реголит – верхний слой пород неземного происхождения.

– Как я понимаю, цвет вашего аналога получился серым? В таком виде его легко спутать с лунным реголитом, который вы тоже изготавливаете из кварца и золы. В чем же основное отличие «земного» марсианского реголита от лунного?

– Лунный – более мелкозернистый, в нем содержится гораздо меньше кремния (SiO₂), частицы у него – обломочные, с острыми гранями. На Марсе частицы грунта более округлые из-за предполагаемого действия воды. Таким мы создали и наш VI-M1.

– Создавая его, вы имели представление, какому району на Марсе он будет соответствовать?

– Наш аналог имитирует физико-механические свойства грунта в зоне посадки будущей европейской миссии ExoMars Rosalind Franklin, на равнине Oxia Planum. По нашими предположениям, тот район интересен отложениями, где когда-то была вода. Наш VI-M1 должен был помочь отработать бросковые испытания на равнину марсохода, чтобы специалисты убедились, что посадка произойдет нормально, что аппарат не провалится в грунт.

– Теперь, когда ЕКА отказалась от совместного проекта миссии ExoMars, у них есть возможность пользоваться вашим VI-M1?

– Общее сотрудничество над миссией прекратилось в 2022 году, поэтому они не могут воспользоваться самим грунтом-аналогом. Однако у них есть возможность ознакомиться с результатами исследований, опубликованными в статье.