Китайские ученые создали цифровой двойник лунной пыли: она оказалась подходящей для строительства
Ученые из Бэйханского университета опубликовали статью, в которой описали механические свойства грунта с обратной стороны Луны. Образцы доставила миссия «Чанъэ-6» из бассейна Южный полюс — Эйткен. Это самый большой, глубокий и старый из известных ударных кратеров в Солнечной системе, который образовался около 4,2 миллиарда лет назад. Условия, в которых формировался кратер, сильно изменили геотехнические свойства местной почвы по сравнению с грунтом видимой стороны Луны, который раньше собирали астронавты NASA и китайские посадочные модули.
Проверять свойства лунного грунта на Земле трудно. Искусственные аналоги не отражают реальную картину, а настоящего реголита слишком мало, чтобы раздавать его всем желающим. Физические тесты разрушают образцы, из-за чего их нельзя применять дальше. Поэтому авторы работы решили не разрушать пыль механически, а просканировать ее и запустить компьютерную симуляцию.
Сначала исследователи просканировали часть грунта от «Чанъэ-6» с помощью рентгеновской микрокомпьютерной томографии высокого разрешения. Ученые также применили сверточную нейронную сеть, чтобы воссоздать в цифровом виде почти 350 тысяч отдельных частиц.
В образцах «Чанъэ-6» с обратной стороны Луны нашли одностенные углеродные нанотрубки
Затем исследователи загрузили формы частиц и их физические свойства в программу, которая работает по методу дискретных элементов. Этот математический подход рассчитывает физические контакты, трение и то, как сталкиваются миллионы отдельных пылинок. Программа выдает цифровой двойник почвы, по которой предстоит передвигаться роверам или космонавтам, и ученым больше не нужно физически трогать настоящий образец.
Ученые проанализировали данные и увидели отличия грунта с обратной стороны Луны от образцов с видимой стороны. В новых образцах меньше крупных частиц. Кроме того, эти пылинки обладают низкой сферичностью, то есть их форма далека от идеального шара.
Компьютерная программа показала, что грунт обладает высокой прочностью, которая находится на верхней границе показателей образцов времен программы «Аполлон». Такая прочность возникает из-за высокого угла внутреннего трения и того, что пыль хорошо сцепляется друг с другом.
Острые края частиц, которые обычно вредят механизмам и легким человека, на поверхности работают как преимущество и делают почву прочнее. Прочность породы также растет за счет того, что мелкие камни склеиваются между собой. В грунте содержатся стекловидные агглютинаты, которые появились после ударов микрометеоритов. Они составляют около 30% образца и действуют как цемент, который скрепляет остальные частицы вместе.
Людям нужно понимать свойства лунного грунта, чтобы строить крупную инфраструктуру, такую как будущая база по программе «Артемида» или Международная лунная исследовательская станция. Ученые впервые исследовали почву обратной стороны Луны и показали, насколько разными бывают образцы. Строить объекты на обратной стороне начнут не скоро из-за того, что туда трудно передавать сигналы связи. Однако теперь мы знаем, что там находится твердая земля, которая выдержит постройки, даже если пыль от этой земли все равно будет ломать технику и вредить людям при долгом контакте.
Обложка Scientific American
Самое популярное
