Місячний пил може бути не лише великою проблемою для астронавтів, а й допомогою їм. За правильного підходу його можна використовувати для зведення бази на нашому природному супутнику.
Дослідження механічних властивостей зразків
Місячний пил може бути проблемою, але він також буквально є ґрунтом, яким доведеться пересуватися, якщо ми коли-небудь захочемо мати постійну базу на Місяці. У цьому конкретному випадку його липкі, зубчасті, статичні властивості насправді можуть бути перевагою, згідно з новою статтею, нещодавно опублікованою в журналі Research науковцям з Університету Бейханг, які проаналізували механічні властивості зразків, доставлених місією «Чан’е-6» зі зворотного боку Місяця.
«Чан’е-6» — це перша місія, яка повернула зразки зі зворотного боку Місяця. Вона зібрала їх з басейну Південний Полюс — Ейткен (SPA) — найбільшого, найглибшого та найдавнішого відомого науковцям ударного кратера Сонячної системи, що утворився близько 4,2 млрд років тому. Це утворення спричинило суттєві зміни в геотехнічних властивостях ґрунту у порівнянні з тими, що були зібрані на ближньому боці Місяця астронавтами NASA та китайськими посадковими апаратами.
Але перевіряти ці властивості на Землі складно. Модельні зразки не можуть повністю передати справжню природу, а справжнього місячного реголіту на Землі недостатньо, щоб надати необмежену кількість зразків кожному зацікавленому досліднику. Виконання частини тестів також руйнує зразок, що робить його непридатним для подальших досліджень, тому автори придумали альтернативу — проводити недеструктивні випробування, а потім запускати симуляцію.
Моделювання місячного ґрунту в лабораторії
Дослідники зупинилися на методі дискретних елементів (DEM) для моделювання. Цей математичний підхід імітує поведінку сипких матеріалів шляхом обчислення фізичних взаємодій, тертя та зіткнень мільйонів окремих частинок. Як вхідні дані він використовує форму частинки та деякі її фізичні властивості, а як вихідні може створювати «цифровий двійник» ґрунту, який майбутні ровери або астронавти повинні будуть долати, не торкаючись жодного іншого зразка.
Однак, щоб досягти цього, авторам спочатку довелося торкнутися кількох зразків. Вони зробили це, використовуючи високороздільну мікрокомп’ютерну томографію на основі рентгенівських променів (мікро-CT) для масштабування частини зразка, привезеного «Чан’е-6». Ця неушкоджувальна методика візуалізації, яка також використовує іншу техніку, звану згортковою нейронною мережею, дозволила дослідникам індивідуально реконструювати майже 350 тис. окремих частинок для аналізу.
Аналіз цього набору даних показав деякі численні відмінності між зразком із далекої сторони та зразками, взятими з близької сторони. Найпомітніше, що зразок з далекої сторони має менше великих, грубих частинок, ніж зразки з ближньої сторони, але ці частинки також мають низьку «сферичність», яка вимірює, наскільки частинка близька до справжньої сфери.
Висока міцність досліджуваних зразків
Після того як автори під’єднали цей набір даних до своєї програми DEM, вони виявили, що реголіт є надзвичайно міцним і перебуває на верхній межі значень, отриманих для зразків епохи «Аполлон». Це зумовлено передусім високим кутом внутрішнього тертя та когезією пилу. Найімовірніше, зубчаста форма частинок, яка ускладнює роботу техніки та становить небезпеку для легенів людини, насправді сприяє підвищенню їхніх механічних властивостей на поверхні.
Крім того, механічна міцність зразків була підсилена «цементацією», спричиненою склоподібними агглютинатами, найімовірніше, внаслідок удару мікрометеороїда. Вони складають приблизно 30 % зразка, діючи як цемент, що утримує решту частинок разом.
Для будівництва великої інфраструктури, такої як майбутні житлові модулі програми Artemis або Міжнародна місячна дослідна станція, важливо добре розуміти властивості ґрунтової основи. Це перше у своєму роді геотехнічне обстеження далекого боку Місяця показує, наскільки різноманітними можуть бути тамтешні зразки. І хоча мине ще певний час, перш ніж ми справді почнемо щось будувати на далекому боці (передусім через проблеми зі зв’язком), добре знати, що, коли це станеться, нас чекатиме міцна основа. Водночас саме ця міцність може з часом пошкоджувати техніку й навіть становити небезпеку для людей, якщо контактувати з таким середовищем надто довго.
За матеріалами: phys.org
