Приветствую Вас, дорогие подписчики и читатели!

Это снова пост не про ретрокомпьютеры, а про Луну, физику и Аполлониаду. За это сразу извиняюсь пред теми, кто когда-то подписался на меня из-за Спектрума, Поиска-2 и прочих Pentium MMX. Со временем будет ещё и про них, не расстраивайтесь.

Ознакомьтесь пока лучше с дисклеймером, если кто не видел. А ссылки на ресурсы, где можно почерпнуть информацию и вдохновение для луносрачей Вы найдёте в конце поста (плюсом к ресурсам НАСА, которые я уже рекомендовал раньше).

После многих лет поверхностного интереса к "лунной гонке" и т.н. "лунному заговору" меня угораздило нырнуть немного поглубже в баталии "могликов" и "немогликов". И, как инженера, в этом вопросе более всего интересует физическая и техническая часть. Ведь само освоение космоса и нашей ближайшей соседки Луны по определению - сугубо естественнонаучная тема. Это, в первую очередь, про реактивное движение, инерцию и гравитацию, механику и трение, вакуум и излучение. Именно ради поиска доказательств физической (не?)возможности и инженерной (не?)реализуемости я и захожу во все эти аполлонианские споры. А когда захожу - хочется и самому оставить свой след на этой зыбкой почве. Поэтому сегодня приглашаю поговорить о ходьбе и езде по небесным телам.

Ключевые факторы

Попробуем разобраться, какие воздействия делают движение пешком и с помощью колёсных транспортных средств уникальным на каждом небесном теле:

1.Непосредственное воздействие гравитации. При прямохождении мы движемся только потому, что намеренно отклоняемся от положения неустойчивого равновесия и контролируемо "падаем" в нужную нам сторону. "Падаем" мы благодаря весу, который приобретаем из-за притяжения нашей массы к небесному телу, на котором стоим. Чем меньше ускорение свободного падения - тем меньше вес - тем сложнее ту же самую массу заставить "падать" в нужную сторону, нужно всё сильнее наклоняться. Зато можно выше и дальше прыгать (если скафандр позволит). А по кочкам авто трясти будет - ого-го.

2.Косвенное воздействие гравитации через сцепление с поверхностью. Коэффициент сцепления для одного и того же материала поверхности (и при скольжении, и при качении) напрямую зависит от ускорения свободного падения. На Луне коэффициент сцепления с твердой каменистой поверхностью в 6 раз ниже земного, это как земной гололёд. А будь там лёд - можно будет оттолкнуться, заскользить и успеть подремать до полной остановки.

3.Косвенное воздействие гравитации через несущую способность сыпучих грунтов. Сыпучие частицы (песок, пыль, реголит) воспринимают горизонтальную нагрузку на сдвиг благодаря так называемому "модулю сдвига", т.е. способности противостоять смещению относительно соседних частиц. И модуль сдвига этот тоже напрямую зависит от ускорения свободного падения на небесном теле. В 6 раз меньше гравитация - значит на том же грунте примерно в 6 раз меньше нужна сила, чтобы нога или колесо потеряли опору и начали пробуксовывать, выбрасывать грунт и закапываться. Если частицы не гладкие, а угловатые (как лунный реголит) - при заглублении и уплотнении опора будет становиться немного крепче, но подобного передвижению по земной грунтовке и песку там всё равно не получится.

4.Сопротивление атмосферы или наличие вакуума. При ходьбе и медленной езде для массивных тел (человек, ровер) лобовое сопротивление составляет пренебрежимо малую величину по сравнению с другими действующими силами. Но чем мельче физический объект, тем сильнее роль атмосферы в его балансе сил. Вакуум уравняет мельчайшие пылинки, песчинки и камушки - все они будут лететь по параболическим траекториям. А в любой худо-бедно заметной атмосфере песчинки и камушки упадут сразу, а пыль ещё будет клубиться, поддерживаемая молекулами газа.

Как же это должно выглядеть на Луне?

Попробую прикинуть основные признаки, которые априори ожидаешь от кино- или видеозаписей реального передвижения по Луне с точки зрения физики:

Признак 1. "Замедленная съёмка".

Плавная, как будто замедленная "вертикальная динамика" происходящего. Подброшенное на ту же высоту тело на Луне будет тратить в 2.46 раза больше времени на полёт до верхней точки и в 2.46 раза больше на возвращение на поверхность. То есть при перемещении шагом, вприпрыжку или по кочкам на колёсном транспорте - всегда подъёмы и падения будут как в съёмке, замедленной в ~2.5 раза.

Признак 2. Выше и дальше.

Применяя свою земную мышечную силу для прыжка вверх или в длину, на Луне мы достигнем в разы лучших результатов. Вес скафандра для внекорабельной деятельности в миссиях Аполлон примерно равнялся весу астронавта. То есть экипировка удваивала вес астронавта на Луне, но гравитация делала этот вес в 6 раз меньше земного. Итого, снаряженный исследователь Луны весил в 3 раза меньше себя земного, когда он дома в халате и тапочках. В не ахти как гнущемся дутике не особо позанимаешься легкой атлетикой, да и нарушить герметичность при падении страшновато, тут я соглашусь. Но если уж отважился - будет от скафандра и маленькая помощь. В надутом скафандре сложнее согнуться, но легче разогнуться, он как пружина поможет прыгнуть вверх.

Признак 2бис. Тарантас по кочкам.

При езде с одной и той же скоростью, подскоки на каждой лунной кочке будут в 6 раз выше, чем на такой же кочке на Земле! Попытка развить на лунном бездорожье хотя бы "парково-велосипедную" скорость будет приводить к беспорядочным затяжным броскам транспортного средства с постоянной угрозой потери сцепления с поверхностью. Сразу становится понятно, что сцена скоростной лунной погони из фантастического фильма "Ad Astra (К звездам)" - это уже не научная фантастика, а фентези из сна.

Признак 3. Спринт на месте.

Чтобы развить привычную нам скорость пешего перемещения, даже при идеальном сцеплении с поверхностью, придётся сильно изменить моторные навыки. На Земле нам для неспешной ходьбы (3-4 км/ч) достаточно держать незаметный наклон туловища вперёд на 1-2 градуса, для торопливого шага 7 км/ч хватит 5 градусов, а для бега трусцой (10 км/ч) не понадобится больше 10 градусов. На Луне всё кардинально изменится и рефлекторные углы наклона, на которые натренирован наш мозг, станут абсолютно бесполезны! Для черепашьих 0.5-1 км/ч понадобится сразу наклон 10 градусов. Для медленной ходьбы - 25 градусов, а для "фантастических" 6 км/ч понадобится наклон земного спринтера на стометровке - не менее 30 градусов! Воистину, главной проблемой обитателей Луны в будущем будет хоть куда-то добраться, при этом не успеть потратить весь воздух, не опоздать и не заколебаться.

И это не умозрительные прикидки - тесты ходьбы в условиях пониженной гравитации целенаправленно проводили на Земле в специализированных самолётах, делающих "горку" с исследователями на борту. Более бюджетный способ исследований, с частичным подвешиванием на регулируемых лонжах, тоже активно использовался. Все эти "градусы" Вы и сами можете проверить по опубликованным отчётам тех экспериментов.

Признак 4. Мир вечного дрифта

Отсутствие надёжного сцепления - неизменный спутник любого перемещения по любой лунной поверхности. Пешком, на ровере, по базальтовому монолиту, по сыпучему реголиту, с грунтозацепами и шипами - максимум, на что мы можем рассчитывать, это сцепление уровня "как на Земле резина по льду". При пробуксовке в сыпучем реголите будет происходить заглубление колеса на несколько сантиметров, что будет в моменте немного улучшать ситуацию. Но, обретя на миг более сопротивляющуюся опору, колесо будет продвигаться вперед, выныривать на поверхность и терять бонус сцепления. Что по камням, что по реголиту боковое сцепление и трение при торможении юзом на Луне будет соответствовать земному гололёду. Это вечный дрифт практически при любых скоростях!

При ходьбе вечная опасность поскользнуться на чём угодно будет осложнена ещё и тем, что дрифтить придётся с наклоном корпуса как у земного спринтера, меняя наклон на противоположный для торможения и на контруклон для поворота. Именно так передвигались многие персонажи динамичных заокеанских мультиков, только в разы быстрее. Для астронавта на Луне, даже со всеми мультяшными наклонами, привычные земные скорости пешего передвижения становятся так же физически недостижимы, как околосветовые скорости для ракеты.

Признак 5. Из под копыт пыль клубами не летит.

За счёт отсутствия атмосферы, на Луне все частицы грунта, вне зависимости от размера и массы, будут разлетаться из-под колёс и подошв по баллистическим траекториям. Никакой клубящейся пыли, т.к. она осядет со скоростью падающего лунного кирпича. Если в начале движения частицы еще могут сталкиваться между собой и "петлять" в потоке из-за тесноты, то потом, распределившись по траекториям, они летят как в школьных "артиллерийских" задачках - как независимые личности, по индивидуальным чистым параболам.

Один из разоблачителей тупых и лживых хейтеров НАСА, владелец ютуб-канала invisiblekincajou, по кадрам реголита, отлетающего из-под колёс лунного ровера, провёл расчёт ускорения свободного падения и у него получилось 1.61 м/с^2 ! Поражает, насколько высокая точность (погрешность менее 1%) может быть достигнута ловкостью рук знанием основ физики, скриншотами пары кадров киноплёнки и линейкой. Вот если бы за 400+ своих роликов автор ещё и вычислил, что на ютуб идут за визуальным контентом, а не за визуалом говорящего в потёмках рассказчика - число граждан, полюбивших НАСА, Аполлоны и несмешные шутки про немогликов, росло бы в 10 раз быстрее...

Итого, суммируем теорию: Перемещения по поверхности Луны, имеющие вертикальную составляющую, по земным меркам будут выглядеть замедленными в 2.5 раза. В земном понимании на Луне в той или иной мере "скользкими" должны быть все виды поверхностей, будь то шершавые, гладкие или сыпучие. Разгон колёсного ТС хотя бы до велосипедной скорости - будет с проскальзыванием/заглублением и выбросом абсолютно "неземных" масс грунта на абсолютно "неземную" высоту и дальность. Торможение - юзом, с пугающими длинами тормозного пути. Поворот - занос, дрифт. Перемещение пешком - с наклонами как у бегущих Тома и Джерри, только с очень скромной предельно достижимой скоростью. Высоты и длины прыжков потенциально в разы больше земных, но только при соблюдении осторожности - с рекордами лучше подождать до строительства крытых спортзалов. Всё, что свободно летит - летит по существенно более вытянутым, "расплюснутым" параболам.

А можно ли признаки лунной ходьбы и езды имитировать на Земле?

Признак 1 ("замедленное вертикальное перемещение") - Легко! Имитируется павильонной киносъёмкой с увеличенной частотой 59-60 кадров в секунду и последующей демонстрацией с привычной частотой 24 кадра в секунду. Актёры должны чаще и резче совершать мелкие движения и жесты, чтобы при замедленном просмотре это выглядело натурально. Моторизованный макет ровера при съемках должен кататься в 2.5 раза быстрее "паспортной" скорости настоящего ровера.

Признак 2 ("выше и дальше") - Очень сложно! Замедлением воспроизведения можно удлиннить время в "полёте", но никакой манипуляцией с плёнкой не увеличить в разы высоту полёта (т.е. траекторию прыжка или подскока шасси на ухабистой поверхности). Замедленный полёт, отснятый в земном павильоне, будет лунным только по таймингу, но не по траектории. Исправить это можно только точечно, водя артистов и бутафорский ровер на "тросах" - но тросы потом придётся покадрово затирать вручную! Такое можно применять только точечно, для каких-то отдельных и ярких моментов. А весь остальной метраж плёнки займут земные дальности/высоты прыжков и подпрыгиваний колёсного шасси. То, что муляж ровера будет кататься по павильону в 2.5 раза быстрее настоящего (можно ещё заменить его более лёгкой уменьшенной р/у моделькой), немного увеличит высоту подскока на неровностях, но не в разы.

Признак 3 ("мультяшные наклоны") - Очень сложно! Опять нужны "тросы" для каждого отрезка ходьбы с имитацией лунного наклона туловища, если скорость ходьбы быстрее черепашьей. Без тросов такое невозможно, гравитация бессердечна.

Признак 4 (постоянное слабое сцепление, дрифт и проскальзывание) - Практически невозможно! На Земле не получится имитировать сцепление с твердыми, каменистыми и сыпучими поверхностями так, чтобы сцепление было как с гололёдом или с грязевой ареной из порнофильмов.

Признак 5 (облаков пыли нет, разлёт грунта из-под колёс в разы обильнее, выше и дальше) - Частично реализуемо, частично нет. Пыли можно избежать, подобрав для засыпки павильона соответствующий грунт. Из естественных природных материалов мелкой пыли не даст, например, кварцевый песок. А мастера кинематографа подскажут и искусственные варианты сырья для "размолоть-просеять мелочь-промыть пыль-просушить". Заставить отрываться от поверхности "неземные" количества грунта - очень сложно, имитация возможна для точечных моментов (дополнительные грунтозацепы на съемках издалека, микровзрывы в грунте как при имитации "стрельбы по ногам" в вестернах). Заставить же лететь этот грунт на абсолютно неземные расстояния по кардинально более пологим параболам - невозможно.

То есть, если оценивать полное соблюдение каждого признака в одну звезду, то в земном павильоне снять на 5 звёзд не получится никак. Теоретический максимум без компьютерной графики - полторы звезды.

По фото выше - побуду адвокатом дьявола. Обычно это фото приводят в пример "ляпов Кубрика": дескать, от ног следы есть, а от ровера нет - его сюда павильонным краном поставили! Но физика говорит, что удельное давление гружёного ровера в 15 раз меньше давления пешего астронавта. Так что если на данном типе грунта галоша оставила отпечатки глубиной пару сантиметров, то колея от ровера будет почти незаметной (хоть на Луне, хоть в павильоне). Но мы отвлеклись.

Оценить "звёздность" съёмок, сделанных миссиями Аполлон, Вы можете самостоятельно. Вот наиболее известные фрагменты перемещения астронавтов пешком и на ровере, запечатлённые на 16-мм плёночные камеры:

• https://www.youtube.com/watch?v=az9nFrnCK60 - т.н. "Гран при" Ровера во время высадки Аполлон-16, теперь и в 4К60р (знаменитый сюжет со скоростным кольцевым проходом ровера с неподвижным манекеном перед оператором)

• https://www.youtube.com/watch?v=J22hKd8SZp8 - мини-документалка на канале Astronomy Magazine о первом ровере и о том, как его использовали астронавты миссии Аполлон-15 для дальних поездок.

• https://www.youtube.com/watch?v=NHeOpJh5Q-M - один из астронавтов Аполлона-17 специально демонстрирует оператору самый удобный (по словам всех экспедиций) способ пешего перемещения (мелкими прыжками).

• https://www.youtube.com/watch?v=g5aPoRtF2vw - Джон Янг (Аполлон-16) в прыжке салютует гордо реющему на лунных ветрах американскому стягу.

После просмотра этих роликов выдача ютуба сама завалит Вас другими материалами по теме, давать тут на них ссылки не вижу смысла.

После многократного просмотра этих материалов, увиденное (по моим субъективным и предвзятым оценкам) тянет на те самые полторы звезды. Да, есть плавность подлёта и спуска. Да, отсутствует клубящаяся пыль. Но прыжки, даже когда цель именно прыгнуть - от силы на высоту 20-30 сантиметров. Никакого вынужденного наклона для пешего разгона, торможения и маневров. Никакого проскальзывания пешком и дрифта/юза/пробуксовки в скоростных поездках ровера. Никакой выдающейся болтанки на скорости. Дорожки следов ровера чёткие и не смазанные, как при идеальном сцеплении. На фотографиях в архиве НАСА дорожки следов тоже безо всякого намека на зыбкий грунт и буксование, каждый отпечаток хоть на аллею славы выставляй. Никакого аномального разлёта грунта - если я в соседней песочнице с масштабной скоростью закосплею лунные покатушки на своих радиоуправляемых моделях, то лететь будет посильнее. Собственно, значительная часть лунной магии этих съемок улетучивается без следа при просмотре на 2.5х в плеере.

Заключение

Благодаря скорой высадке китайских тайконавтов на поверхность Луны (по плану до 2030 года, возможно - уже в 2028 году) мы будем иметь возможность посмотреть самыми совершенными цифровыми камерами, как на самом деле выглядит Луна под подошвами и колёсами исследователей. Будет это очень похоже на прогулки с Аполлонами или нет? В одном можно не сомневаться - это будет в точном соответствии с законами физики.

А чтобы скоротать время до этого гигантского шага всего человечества, можете, например, как и я прожигать время на ресурсах по теме лунных споров.

Критики и разоблачители НАСА:

• Дзен-канал Леонида Коновалова "Кинооператор рассказывает";

• Дзен-канал "Наука наизнанку", серия "Иной взгляд на космонавтику";

• Дзен-канал "Родина слонов";

• Пример зарубежного разоблачительного видео от ютуб-канала TheWhyFiles (наша зависть не знает границ - почти 8 млн просмотров и 277 тысяч лайков у одиночного 50-минутного видео, и это у них типа не хит, а так себе просто удачный ролик).

Защитники НАСА:

• ютуб-канал писателя-фантаста Сурена Цормудяна (осторожно, видео по 6-8 часов каждое!);

• Дзен-канал Петра Вохминцева;

• Дзен-канал "Цитадель адеквата".

Спасибо за внимание! До новых встреч!