Ay lav tüplerinde insan üslerini test etmek ve tasarlamak için karst mağaraları karasal bir simülasyon platformu olarak nasıl kullanılabilir?

İnsanoğlu diğer gezegenlerde uzun süre hayatta kalmak istiyorsa öncelikle güvenli, istikrarlı ve uzun süreli bir barınak bulmalı veya kurmalıdır. Ay lav tüpleri, son yıllarda keşfedilen aydaki jeolojik yapılardır. Volkanik aktivite ile gezegenin yüzeyinde oluşan içi boş boru şeklindeki mağaralar şeklini alırlar.

Bir Ay lav tüpünün sert bir bazalt çatısı olduğundan, sıcaklık değişimleri, radyasyon dozları ve göktaşları tarafından çarpma olasılığı gibi iç çevresel faktörleri nispeten sınırlıdır. Bu nedenle, teoride ideal bir insan ay yaşam alanı sunar. Şimdiye kadar ayda 300’den fazla potansiyel mağara girişi tespit edildi. Gösterdikleri “çatı pencereleri”, aktif lav tüpünün çökmesinden kaynaklanan bir tür çukurun sonucudur.

dergisinde yayınlanan yeni bir makalede Uzay: Bilim ve Teknoloji, Gengxin Xie ve Linli Guo liderliğindeki araştırma ekibi, insan yerleşimi için ay lav tüplerini kullanmanın fizibilitesini tartıştı, dünya dışı lav tüplerini simüle etmek için Dünya’nın karst mağaralarını kullanma fikrini önerdi, Chongqing’deki mağaraları simülasyon alanı olarak seçti ve gösterdi hem yapısal hem de çevresel açıdan fizibilite. Simülasyon deneyleri yoluyla dünya dışı üslerle ilgili araştırmaların geliştirilmesini teşvik etmeyi umuyorlar.

Bir Ay üssü oluşturmak için bir Ay lav tüpü kullanmanın mantığı

Bir insan Ay üssünün işleyişinde yer alan kapalı sistemin ihtiyaç duyduğu dış enerji esas olarak üç bölümden oluşur: insan solunumu, bitki fotosentezi ve iç sıcaklık kontrolü.

Araştırmacılar, yaklaşık 8.000 metrekare alana ve 50 metre yüksekliğe sahip yarım daire biçimli bir tünel mağarada, bir lav tüpü mağarasının derinliklerinde 8 astronotu barındıran bir Ay üssünü korumak için minimum enerji tüketiminin yaklaşık 145,5 kW olduğunu gösterdi. Bu aşamada, bir ay üssü oluşturmak için bir lav tüpü en iyi seçimdir.

Ay yüzeyi ile karşılaştırıldığında, ay lav tüpleri, küçük radyasyon ve daha az aşırı koşullar gibi avantajlara sahiptir ve bir insan Ay üssü için daha uygundur.

Ay toprağındaki farklı parçacıkların radyasyon yoğunluğunun derinliğinde bir değişiklik vardır. Ay yüzeyinin 6 m altında bu yoğunluk neredeyse sıfırdır. 1 m’den daha az derinlikte bile güneş patlamaları ve güneş partikül olayları (SPE) lav tüpünün içini etkilemez.

Uygun bir tüp meteorlar tarafından parçalanmamalıdır. Bu, göktaşının olası etki yarıçapının, tüpün gömülme derinliğinden daha küçük olması gerektiği anlamına gelir. Deneysel ve simülasyon çalışmalarına göre, bilim insanının hesapladığı en güvenli koşul, hedef kalınlığın krater çapına oranıdır. Yani, 0,87’den küçükse, bir “çatı penceresi” (krater) görünecektir.

Ay lav tüplerinin içinde çok az ay tozu vardır. Ay tozu, güneş rüzgarının etkisi altında ay yüzeyindeki küçük döküntülerin oluşturduğu yüklü tozdur. Şarj edildiğinde, ekipman üzerinde adsorbe edilebilirler. Ayrıca ay tozu aşındırıcıdır ve insanlar ve makineler için çok zararlıdır. Ancak lav tüplerinin içi, yüklü ay tozunun neredeyse hiç üretilmediği, genellikle güneş rüzgarı tarafından erişilemeyen kalıcı bir gölge bölgesidir.

Ay sismik ağı tarafından 1969 ile 1977 arasında gözlemlenen ay depremleri, ayı nerede, ne sıklıkta ve ne kadar şiddetli salladıklarına göre değişiyordu. Ay lav tüplerinin Ay’da bunca yıldır ayakta kalması, yapısının ay depremlerinin etkilerine dayanacak kadar kararlı olduğunu gösteriyor. Bu, Ay’ın yüzeyinde inşa edilen üslere göre doğal bir avantajdır.

Derinlik ile çeşitli parçacıkların yoğunluk değişimleri. Şekil, toplam parçacık kütlesini, protonları, nötronları ve elektronlar, pozitronlar, protonlar, mezonlar, müonlar, k-mezonlar ve döteronlar dahil olmak üzere diğer parçacıkları göstermektedir. Kredi: Uzay: Bilim ve Teknoloji (2022). DOI: 10.34133/2022/9875780

Ay lav tüplerini simüle etmek için bir karstik mağara kullanma

Karst mağaraları, çözünür kireçtaşlarının belirli koşullar altında çözünmesi, istilası ve çökmesiyle oluşan yer altı alanını ifade eder. Chongqing’deki karst mağaralarını örnek alan araştırmacılar, Dünya karst mağaralarının üç açıdan Ay lav tüplerinin iyi analogları olarak kabul edilebileceğini gösteriyor: yapı, çevre ve yalıtım.

• Yapısal yönler: Karst mağaraları ve lav tüpleri farklı oluşum mekanizmalarına ve ortamlara sahiptir, ancak boyutları karşılaştırılabilir. Her ikisi de kavisli yarım daire biçimli mağaralardır. Sağladığı alan bu aşamadaki araştırma ihtiyaçlarını karşılayabilir.
• Çevresel yönler: Karst mağaraları ve lav tüpleri nispeten ılıman ortamlara sahiptir. Mağarada sıcaklık aralığı 18 ile 25°C arasındadır. Lav tüpünün içindeki ılıman sıcaklık, ısı kontrolü açısından enerji tüketimini azaltabilir. Asitlik ve alkalilik açısından, ay lav tüpü esas olarak ay bazalttan oluşur. Kaya bileşimi esas olarak demir ve titanyum bileşiklerinden oluşur. Hidroliz ürünü zayıf alkalidir. Karst mağarası esas olarak karbonat kayadan oluşur ve hidroliz ürününün çoğu yine zayıf alkali olan hidrojen karbonattır. Hava kalitesi açısından, ay lav tüpünün bir avantajı neredeyse hiç ay tozu olmamasıdır. Karst mağaraları için yeterli havalandırmaya sahip, oksijen ve karbondioksit içerikleri normal sınırlar içinde, zehirli ve zararlı gazlar tespit edilmiyor.
• Yalıtım yönleri: Karst mağaraları ve lav tüpleri, dış dünyadan nispeten izole edilmiş bir ortam sağlayabilir. Ay lav boru hattı, yıpranmış katman tarafından korunur ve iç ve dış ortamlar izole edilir. İletken ortamın olmaması nedeniyle, iç ortam çok bağımsızdır. Karstik mağaralar ise oluşum sürecinde dış ortamla hemen hemen hiç iletişim kurmadıkları için dış ortamdan nadiren etkilenirler.

Araştırmacılar, dünya dışı mağaraların iç ortamını simüle etmek ve mağaraları kapatarak onları dış ortamdan izole etmek için karstik mağaraları kullanmayı planlıyor. Mağara deneyi iki bölüme ayrılmıştır. İlk bölüm, mağarada otomatik inşaat teknolojisi ve yerinde kullanım teknolojisini içerir.

Diğer kısım ise yapay ekosistem deneyidir. Enerji temini ve ışıkla ilgili olarak, ekolojik laboratuvara güneş ışığını sokmak ve mahsulün büyümesi için sağlamak ve bir dizi otomatik kontrollü enerji kontrol sistemi geliştirmek için ışık boruları kullanmayı planlıyorlar.