Шероховатая лунная пыль может помочь будущим астронавтам

 Лунная пыль может доставлять немало хлопот, но это также буквально та поверхность, по которой нам придётся передвигаться, если мы когда-нибудь захотим создать постоянное человеческое поселение на Луне. В этом конкретном случае её цепкие, острые и статические свойства могут даже стать преимуществом, согласно новой статье, недавно опубликованной в журнале Research исследователями из Пекинского университета авиации и космонавтики, которые проанализировали механические свойства образцов, доставленных миссией «Чанъэ-6» на обратную сторону Луны.

«Чанъэ-6» — первая миссия, доставившая образцы с обратной стороны Луны. Она собрала образцы из бассейна Южного полюса-Эйткена (SPA) — крупнейшего, самого глубокого и старейшего известного ударного кратера Солнечной системы, образовавшегося около 4,2 миллиарда лет назад. Это образование вызвало значительные изменения в геотехнических свойствах грунта по сравнению с грунтом ближней стороны Луны, образцы которого ранее были собраны астронавтами НАСА и китайскими посадочными аппаратами.

Но проверить эти свойства на Земле сложно. Имитаторы не могут в полной мере воспроизвести реальные условия, и на Земле просто недостаточно настоящего лунного реголита, чтобы предоставить неограниченное количество образцов каждому заинтересованному исследователю. Проведение некоторых тестов также разрушает образец, что делает его непригодным для дальнейших исследований, поэтому авторы придумали альтернативный способ — провести неразрушающий контроль, а затем запустить моделирование.

Для моделирования они выбрали метод дискретных элементов (DEM). Этот математический подход имитирует поведение сыпучих материалов путем расчета физических взаимодействий, трения и столкновений миллионов отдельных частиц. В качестве входных данных он принимает форму частицы и некоторые ее физические свойства, а в качестве выходных данных может создать «цифровой двойник» грунта, по которому должны будут перемещаться будущие марсоходы или астронавты, не прикасаясь при этом к другим образцам.

Однако для этого авторам сначала пришлось поработать с несколькими образцами. Они сделали это, используя высокоразрешающую рентгеновскую микрокомпьютерную томографию (микро-КТ) для масштабирования части образца, полученного аппаратом «Чанъэ-6». Этот неразрушающий метод визуализации, который также использует другой метод, называемый сверточной нейронной сетью, позволил исследователю индивидуально реконструировать почти 350 тысяч отдельных частиц для анализа.

Анализ этого набора данных выявил некоторые существенные различия между образцом, взятым с дальней стороны, и образцами, взятыми с ближней стороны. В частности, образец с дальней стороны содержит меньше крупных, грубых частиц, чем образцы с ближней стороны, но также и то, что эти частицы имеют низкую «сферичность», которая измеряет, насколько близко к истинной сфере находится частица.

После обработки этих данных в своей программе DEM авторы обнаружили, что реголит обладает исключительной прочностью, находящейся на верхнем пределе измерений образцов эпохи «Аполлона». Это в основном обусловлено высоким углом внутреннего трения и когезией пыли. Вероятнее всего, зазубренность частиц, которая делает их такими неудобными при контакте с механизмами или попадании в легкие человека, на самом деле способствует улучшению их механических свойств на Земле. Кроме того, механическая прочность образцов была повышена за счет «цементации», вызванной стекловидными агглютинатами, скорее всего, образовавшимися в результате удара микрометеоритов. Они составляют примерно 30% образца, действуя как цемент, удерживающий остальные частицы вместе.

Для строительства крупных инфраструктурных объектов, таких как будущая жилая станция программы «Артемида» или Международная лунная исследовательская станция, понимание геологического строения грунта имеет ключевое значение. Это первое в своем роде геотехническое исследование обратной стороны Луны показывает, насколько разнообразными могут быть образцы. И хотя до того, как мы действительно что-либо построим на обратной стороне Луны, может пройти некоторое время (из-за проблем со связью), все же полезно знать, что, когда это произойдет, нас будет ждать твердая почва. Даже если эта же твердая почва в конечном итоге может вывести из строя наши машины и убить нас, если будет находиться под ее воздействием слишком долго.