Карстовые пещеры можно использовать в качестве наземной платформы моделирования для тестирования и проектирования человеческих баз в лунных лавовых трубах.
Если люди хотят выжить на других планетах в течение длительного времени, они должны сначала найти или создать безопасное, стабильное и долгосрочное убежище. Лунные лавовые трубки — геологические структуры на Луне, обнаруженные в последние годы. Они имеют форму полых трубообразных пещер, образовавшихся на поверхности планеты в результате вулканической активности.
Поскольку лунная лавовая труба имеет твердую базальтовую кровлю, ее внутренние факторы окружающей среды, такие как изменения температуры, дозы радиации и вероятность попадания метеоритов, относительно ограничены. Таким образом, теоретически он предлагает идеальную лунную среду обитания человека. На сегодняшний день на Луне обнаружено более 300 потенциальных входов в пещеры. «Световые люки», которые они показывают, являются результатом своего рода ямы, образовавшейся в результате обрушения активной лавовой трубы.
В новой статье, опубликованной в журнале Space: Science & Technology , исследовательская группа во главе с Гэнсинь Се и Линли Го обсудила возможность использования лунных лавовых труб для проживания людей, предложила идею использования карстовых пещер Земли для имитации внеземных лавовых труб. выбрали пещеры в Чунцине в качестве места моделирования и продемонстрировали осуществимость с точки зрения как структурных, так и экологических аспектов. Они надеются способствовать развитию соответствующих исследований внеземных баз посредством экспериментов по моделированию.
Рациональность использования лунной лавовой трубы для создания лунной базы
Внешняя энергия, необходимая замкнутой системе, задействованной в работе человеческой лунной базы, в основном состоит из трех частей: дыхания человека, фотосинтеза растений и контроля внутренней температуры.
Исследователи показали, что минимальное потребление энергии для поддержания лунной базы, принимающей 8 астронавтов глубоко внутри пещеры с лавовыми трубами, составляет около 145,5 кВт в пещере с полукруглым туннелем площадью около 8000 квадратных метров и высотой 50 метров. На данном этапе лавовая труба — лучший выбор для создания лунной базы.
По сравнению с лунной поверхностью, лунные лавовые трубки имеют преимущества небольшого излучения и менее экстремальных условий, более подходящих для человеческой лунной базы.
Наблюдается разброс по глубине интенсивности излучения различных частиц в лунном грунте. Эта интенсивность на глубине 6 м ниже лунной поверхности почти равна нулю. Даже на глубине менее 1 м солнечные вспышки и события с солнечными частицами (SPE) не влияют на внутреннюю часть лавовой трубки.
Подходящая трубка не должна быть разбита метеоритами. Это означает, что возможный радиус воздействия метеорита должен быть меньше глубины залегания трубы. Согласно экспериментальным и симуляционным исследованиям, самым безопасным условием, рассчитанным учеными, является отношение толщины мишени к диаметру кратера. То есть, если он меньше 0,87, то появится «световой просвет» (кратер).
Внутри лунных лавовых трубок очень мало лунной пыли. Лунная пыль — это заряженная пыль, образованная мелкими осколками на лунной поверхности под действием солнечного ветра. Будучи заряженными, они могут адсорбироваться на оборудовании. Кроме того, лунная пыль абразивна и очень вредна для людей и машин. Но внутренняя часть лавовых труб — это постоянная теневая зона, обычно недоступная солнечному ветру, где почти не образуется заряженная лунная пыль.
Лунотрясения, наблюдаемые лунной сейсмической сетью в период с 1969 по 1977 год, варьировались в зависимости от того, где, как часто и насколько сильно они сотрясали Луну. Тот факт, что лунные лавовые трубки сохранились на Луне в течение стольких лет, говорит о том, что ее структура достаточно стабильна, чтобы выдерживать последствия лунотрясений. Это естественное преимущество перед базами, построенными на поверхности Луны.
Использование карстовой пещеры для имитации лунных лавовых труб
Карстовые пещеры относятся к подземному пространству, образованному растворением, проникновением и обрушением растворимого известняка при определенных условиях. Взяв в качестве примера карстовые пещеры в Чунцине, исследователи показывают, что земные карстовые пещеры можно рассматривать как хорошие аналоги лунных лавовых труб по трем аспектам: структура, окружающая среда и изоляция.
- Структурные аспекты: Карстовые пещеры и лавовые трубы имеют разные механизмы формирования и среды, но они сопоставимы по размеру. Обе они представляют собой изогнутые полукруглые пещеры. Пространство, которое он предоставляет, может удовлетворить исследовательские потребности на данном этапе.
- Экологические аспекты: карстовые пещеры и лавовые трубы имеют относительно мягкую окружающую среду. Диапазон температур в пещере составляет от 18 до 25°C. Мягкая температура внутри лавовой трубы может снизить потребление энергии с точки зрения контроля тепла. По кислотности и щелочности лунная лавовая трубка в основном состоит из лунного базальта. Состав горных пород в основном состоит из соединений железа и титана. Продукт гидролиза слабощелочной. Карстовая пещера в основном сложена карбонатной породой, и большая часть продукта гидролиза представляет собой гидрокарбонат, также слабощелочной. С точки зрения качества воздуха, одним из преимуществ лунной лавовой трубы является то, что в ней почти нет лунной пыли. Для карстовых пещер достаточно вентиляции, содержание кислорода и углекислого газа в пределах нормы, токсичных и вредных газов не обнаружено.
- Аспекты изоляции: Карстовые пещеры и лавовые трубы могут обеспечить среду, относительно изолированную от внешнего мира. Лунный лавопровод защищен выветренным слоем, а внутренняя и внешняя среда изолированы. Из-за отсутствия проводящих сред внутренняя среда очень независима. Что касается карстовых пещер, то, поскольку в процессе своего образования они почти не имеют связи с внешней средой, они редко подвергаются воздействию внешней среды.
Исследователи намерены использовать карстовые пещеры, чтобы смоделировать внутреннюю среду внеземных пещер и изолировать их от внешней среды, запечатав пещеры. Пещерный эксперимент разделен на две части. Первая часть включает в себя технологию автоматического строительства в пещере и технологию утилизации на месте.
Другая часть — эксперимент с искусственной экосистемой. Что касается энергоснабжения и света, то планируется с помощью световодов ввести солнечный свет в экологическую лабораторию и обеспечить его для роста сельскохозяйственных культур, а также разработать комплекс систем автоматического регулирования энергоснабжения.
