2023-03-16 13:31

加压的天然洞穴可以提供月球上的另一个家

想象一下,在火星或月球上有一个可居住的殖民地,你脑海中浮现的那种结构可能是闪闪发光的圆顶,或者是蜿蜒在表面的闪亮金属管。但是,由于没有类似地球的大气层或磁场来抵挡太阳辐射和微陨石,太空殖民者可能需要在这种外星定居点的屋顶上堆放几米厚的岩石和地质碎石。与其说是月球基地阿尔法,不如说是霍比特人洞。

然而,可能还有另一种解决方案,它将为未来的殖民者提供更安全、更广阔的生活空间,而不是建造在地面上的任何狭窄的基地。火箭公司蓝色起源(Blue Origin)的工程师雷蒙德·马丁(Raymond Martin)和罗格斯大学(Rutgers University)的航空航天工程师海姆·贝纳罗亚(Haym Benaroya)在《宇航学报》(Acta Astronautica)上撰文,探讨了在月球表面下方的巨大地质隧道内建立月球基地的好处。

这些月球熔岩管是在阿波罗计划期间首次发现的,是地球最近的天体邻居地质极度活跃时留下的遗产,沸腾的玄武岩岩浆流从内部爆发,以熔岩的形式流经月球表面。在地球上被发现(见图),在火星上也被发现,熔岩管形成于熔岩流的缓慢顶部,当熔岩流的其余部分最终流失时,形成一个厚厚的岩石盖子。

地球上的熔岩管通常宽达15米,可以延伸数公里。但月球上引力的减弱使它们变得大了数百倍,形成了直径达一公里、长数百公里的巨大洞穴系统。

长期以来,太空科学家一直认为这些熔岩洞穴可能是人类在月球上居住的地方,因为厚厚的墙壁和天花板可以保护人类免受撞击月球表面的强烈辐射的伤害。但是马丁先生和贝纳罗亚博士更进一步。他们不是简单地把月球基地安置在熔岩管里——穹顶和闪闪发光的建筑等等——而是建议这样一段熔岩管可以通过可呼吸的空气进行加压。居民可以在加压管道内生活、工作和睡觉,不需要太空服,而且有足够的空闲空间进行低重力娱乐。虽然成本和细节需要更多的规划,但它最终可能比从地球上发送在月球表面生存所需的一切更便宜。

在他们最新的研究中,两位科学家研究了一些可能的数据。马丁说:“第一个大障碍是证明它们(熔岩管)在结构上是可靠的。”为了找到答案,他和Benaroya博士建立了一个计算机模型来模拟月球风暴洋中一个相对较小的熔岩管的完整性,该熔岩管是15年前由印度月船1号月球探测器拍摄的。

在检查了内部压力和顶部厚度的几种组合,以及所得到的结构是否稳定之后,研究表明,一个顶部厚度为10米的熔岩管可以安全地加压到几乎与地球上海平面相同的条件。科学家们还表明,通过增加填充洞穴的人工空气中氧气的比例,可以降低总压力(从而降低顶板破坏的风险)。考虑到穿着宇航服四处走动的尴尬,这项研究研究了宇航员如何让自己和他们的设备安全地进出太空舱。它得出的结论是,最好的选择是在熔岩管的一堵墙已经坍塌敞开的地方建造入口。

知道屋顶不会塌下来,工程师们应该会有信心继续研究这个想法的其他方面,比如如何使用充气结构来盖住管道加压部分的两端。这种薄膜已经在地球上的隧道中用于防洪,在那里它们可以快速部署以阻挡洪水。另一个问题是熔岩管的顶部是否完全密封,如果不能,如何密封以防止泄漏。当然,还有如何让人类为回到洞穴生活做好准备。