Лунная пыль может быть не только большой проблемой для астронавтов, но и помощью им. При правильном подходе его можно использовать для возведения базы на нашем природном спутнике.
Исследование механических свойств образцов
Лунная пыль может быть проблемой, но она также буквально является почвой, по которой придется передвигаться, если мы когда-нибудь захотим иметь постоянную базу на Луне. В этом конкретном случае ее липкие, зубчатые, статические свойства на самом деле могут быть преимуществом, согласно новой статье, недавно опубликованной в журнале Research учеными из Университета Бэйхан, которые проанализировали механические свойства образцов, доставленных миссией «Чанъэ-6» с обратной стороны Луны.
«Чанъэ-6» — это первая миссия, которая вернула образцы с обратной стороны Луны. Она собрала их из бассейна Южный полюс — Эйткен (SPA) — крупнейшего, глубочайшего и древнейшего известного ученым ударного кратера Солнечной системы, образовавшегося около 4,2 млрд лет назад. Это образование вызвало существенные изменения в геотехнических свойствах почвы по сравнению с теми, которые были собраны на ближней стороне Луны астронавтами NASA и китайскими посадочными аппаратами.
Но проверять эти свойства на Земле сложно. Модельные образцы не могут полностью передать истинную природу, а настоящего лунного реголита на Земле недостаточно, чтобы предоставить неограниченное количество образцов каждому заинтересованному исследователю. Выполнение части тестов также разрушает образец, что делает его непригодным для дальнейших исследований, поэтому авторы придумали альтернативу — проводить неразрушающие испытания, а затем запускать симуляцию.
Моделирование лунной почвы в лаборатории
Исследователи остановились на методе дискретных элементов (DEM) для моделирования. Этот математический подход имитирует поведение сыпучих материалов путем вычисления физических взаимодействий, трения и столкновений миллионов отдельных частиц. В качестве входных данных он использует форму частицы и некоторые ее физические свойства, а в качестве выходных может создавать «цифровой двойник» грунта, который будущие велосипедисты или астронавты должны будут преодолевать, не касаясь ни одного другого образца.
Однако, чтобы достичь этого, авторам сначала пришлось прикоснуться к нескольким образцам. Они сделали это, используя высокоразрешающую микрокомпьютерную томографию на основе рентгеновских лучей (микро-CT) для масштабирования части образца, привезенного «Чанъэ-6». Эта невредимая методика визуализации, которая также использует другую технику, называемую сверточной нейронной сетью, позволила исследователям индивидуально реконструировать почти 350 тыс. отдельных частиц для анализа.
Анализ этого набора данных показал некоторые многочисленные отличия между образцом с дальней стороны и образцами, взятыми с близкой стороны. Самое заметное, что образец с дальней стороны имеет меньше крупных, грубых частиц, чем образцы с ближней стороны, но эти частицы также обладают низкой «сферичностью», измеряющей, насколько частица близка к настоящей сфере.
Высокая прочность изучаемых образцов
После того как авторы подключили этот набор данных к своей программе DEM, они обнаружили, что реголит является чрезвычайно прочным и находится на верхней границе значений, полученных для образцов эпохи «Аполлон». Это обусловлено прежде всего высоким углом внутреннего трения и когезией пыли. Скорее всего, зубчатая форма частиц, которая затрудняет работу техники и представляет опасность для легких человека, на самом деле способствует повышению их механических свойств на поверхности.
Кроме того, механическая прочность образцов была усилена «цементацией», вызванной стекловидными агглютинатами, скорее всего, вследствие удара микрометеороида. Они составляют примерно 30% образца, действуя как цемент, содержащий остальные частицы вместе.
Для строительства крупной инфраструктуры, такой как будущие жилые модули программы Artemis или Международная лунная исследовательская станция, важно хорошо понимать свойства грунтового основания. Это первое в своем роде геотехническое обследование дальней стороны Луны показывает, насколько разнообразными могут быть там образцы. И хотя пройдет еще некоторое время, прежде чем мы действительно начнем что-то строить на обратной стороне, хорошо знать, что, когда это произойдет, нас будет ждать прочная основа. В то же время именно эта прочность может со временем повреждать технику и даже представлять опасность для людей, если контактировать с такой средой слишком долго.
По материалам phys.org
