月球上的火箭尾气宇航局超级计算机揭示了表面效应

由于未来的着陆器将比阿波罗着陆器更大并配备更强大的发动机，因此与着陆和升空期间操作相关的任务风险要大得多。该机构的目标是在月球上建立人类的持续存在，任务规划者必须了解未来的着陆器在未探索的月球表面着陆时如何与月球表面相互作用。

登陆月球是很棘手的。当任务将机组人员和有效载荷运送到月球表面时，航天器通过发射火箭发动机来抵消月球引力来控制其下降。这种情况发生在地球上难以复制和测试的极端环境中，即低重力、没有大气层以及月球风化层(月球表面的细小、松散的尘埃和岩石层)的独特特性的结合。

每次航天器着陆或升空时，其发动机都会将超音速热气体羽流喷射到表面，强大的力量会扬起灰尘并高速喷射岩石或其他碎片。这可能会导致视觉障碍和尘埃云等危险，从而干扰导航和科学仪器或对着陆器和其他附近的硬件和结构造成损坏。

此外，羽流还会侵蚀着陆器下方的表面。尽管陨石坑不是为阿波罗规模的着陆器形成的，但目前尚不清楚为即将到来的阿耳忒弥斯任务计划的大型着陆器将在多大程度上侵蚀地表，以及它们是否会迅速在着陆区造成陨石坑，从而对着陆器的稳定性和宇航员构成风险船上。

为了提高对羽流-表面相互作用(PSI)的理解，位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心的研究人员开发了新的软件工具来预测NASA项目和任务的PSI环境，包括人类着陆系统、商业月球有效载荷服务倡议，以及未来的火星登陆器。这些工具已被用于预测即将到来的月球任务中的陨石坑和视觉遮挡，并帮助美国宇航局最大限度地减少未来登陆任务中航天器和机组人员的风险。

NASA马歇尔团队最近制作了阿波罗12号着陆器发动机羽流与表面相互作用的模拟，以及与着陆过程中发生的情况非常匹配的预测侵蚀。

该动画描绘了发动机关闭前的最后半分钟下降，显示了羽流在平坦计算表面上施加的预测力。称为剪切应力，它是施加在设定区域上的侧向或侧向力的大小，它是流体流过表面时侵蚀的主要原因。此处，波动的径向图案显示了预测的剪切应力的强度。较低的剪切应力为深紫色，较高的剪切应力为黄色。

这些模拟在位于加利福尼亚州硅谷的NASA艾姆斯研究中心的NASA高级超级计算设施的Pleaides超级计算机上运行了数周，生成了TB级的数据。

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