과학과 기술의 진보로 인해 가장 가까운 행성부터 시작하여 더 먼 행성으로 넘어 가면서 인간은 앞으로 몇 년 동안 새로운 행성에 거주 할 수 있습니다. 예를 들어, 이미 파산 된 화성 프로젝트와 같은 화성에 대한 인간 정착을위한 몇 가지 임무가 일어나고 있습니다.
이 기사에서는 가혹한 기후와 위험한 배출에 대항하여 인간을 보호하기 위해 화성에 지하 구조를 건설하고 사용할 수있는 기회를 조사합니다. 화성의 1 차 정착을 위해 Arsia Mons와 같은 주요 위치는 적절한 상황에서 검사되었습니다. 지하 공간을 생산하기위한 터널링에 대한 수치 분석은 화성 중력의 결함 및 관절과 같은 주요 불연속의 다양한 공간 방향을 염두에두고 지시되었습니다. 표면 근처의 화성암을 터널링하는 것은 주요 실패와 불화에 취약하지 않다고 결론 지었다. 지하 구조물은 화성에 인간을 수용하고 단열재를 만들고 위험한 우주 및 태양 광선에 대한 적절한 부담 암석 질량을 형성함으로써 거친 온도에서 보호하는 최상의 옵션 중 하나라고 결정되었습니다.
소개 :
NASA는 새로운 제안을 발표했으며 또한 Space X의 대통령은 Falcon Heavy Rocket을 개발함으로써 인간 멸종의 위험에 맞서기위한 징후를 보여주었습니다. 현재 다양한 국가에서는 광범위한 과학 기술을 위해 연구 개발에 GDP 소득의 몇 퍼센트가 소비됩니다. 약 1/10,000의 R &D 예산의 지출은 다른 행성을 지배하는 것에 대한 조사에 소비되며, 인간을 수용하는 것은 매우 합리적 인 것 같습니다. 이 수당은 관련 과학에 대한 전문 지식을 얻기위한 기초를 만들뿐만 아니라 다른 행성에 대한 정착지를 가속화하여 인류를 지구에서 잠재적 인 제거로부터 구출 할 수 있습니다.
.이제 화성에 인간이 준비한 로봇 기계를 착륙하여 기지를 안정화하여 지구를 정복하고 거주하는 것이 뜨거운 주제로 바뀌 었습니다. 달의 광물 자원을 채굴하는 것에 대한 인식조차도, 최근 혜성은 다양한 정부의 선언과 정책 선언으로 이어졌습니다. 이 기사에서, 우리는 화성지면 아래에 인간 대피소를 건설 할 가능성을 향상 시키려고 노력했습니다. 일부 위치의 화성 표면 (-100 ° C 이하)에서 심각한 환경 조건이 발생합니다. 반면에, 인간에게 살기 좋은 상황을 제공하는 대피소를 건설하기위한 지구의 건축 자재 부족도 문제가됩니다.
발굴 된 공간에서 거주 가능한 가열을 만들기 위해 표면 암석을 발굴하고 격리 된 공간을 격리하는 아이디어는 새로운 아이디어입니다. 암석 발굴은 태양, 핵 또는 전기 구동 기계로 구성된 다양한 운송 가능한 장비를 통해 수행 될 수 있습니다. 이 기계는 핸드 헬드 드릴러에서 마이크로 또는 미니 크기의 터널 보링 머신 (TBM)에 이르기까지 크기가 다를 수 있습니다 (그림 1 참조). Space X의 Falcon Heavy와 같은 로켓 기술의 발전으로 필요한 장치를 배송 할 수 있습니다.
화성 환경 환경 및 중력
화성의 중력
화성의 일반적인 표면 중력 가속도는 3.72076 m/s2에 해당하며, 약 0.059m/s2 또는 1.6%의 글로벌 변화 및 변경 범위에 대한 허용량이 있습니다. MGM2011 중력 가속도의 최대량은 낮은 북부 평원에 위치한 Jojutla 분화구 (81.6 ° N, 169.3 ° W의 좌표)에 위치하고 있습니다. 최소 금액은 아르시아 몬스의 가장자리 (8.4 ° S, 121.4 ° W의 좌표)에 위치합니다.
화성의 지형 및 온도
화성의 지형은 Mars Orbiter Laser Altimeter 또는 1996 년에 시작된 Mars Global Surveyor (MGS)의 악기 인 Mola에 의해 측정되었습니다. 매핑 임무를 마치는 데 4 년 1/2 년이 걸렸습니다. 궤도에 의한 화성에 대한 지형 학적 연구에 따르면 화성 북반구에는 고도가 낮고 평평하며 분화구가 거의 없다고 밝혔다. 북반구의 큰 방패 화산이 존재합니다. 눈에 띄는 수지상 채널 모양과 거대한 홍수 채널뿐만 아니라 크레이터 족 고지대는 남반구와 적도에서 북반구와 완전히 다른 형태에서 발생합니다 (Bargery et al., 2011).
.화성의 기후와 온도에 대한 연구에 따르면 35 억 년 전 화성의 날씨는 초기 지구와 비슷한 따뜻하고 습한 것으로 나타났습니다. 화성 대기 이산화탄소와 물의 상호 작용을 통해 탄산염 암석은 대부분의 CO2를 사용하여 형성되었습니다. 화성에는 지구의 판 구조론과 같은 회복 과정이 없으며 이산화탄소를 대기로 다시 운반하기 위해 존재하지 않습니다. 결과적으로, 화성 대기는 매우 차가운 온도에 의해 방해되어 영구 동토층 모양의 화성 기둥에 냉동 된 물 존재로 이어지거나 파괴적인 깊이에 제한됩니다.
.화성 날씨는 지구에 비해 매년 계절에 따라 크게 다릅니다. 축의 기울기로 인해 남반구의 계절은 북반구 (NASA 웹 사이트)보다 가혹합니다. 화성의 최대 온도는 여름 내내 적도 위치에서 화씨 70도 (섭씨 20도)에 도달 할 수 있습니다. 최저 온도는 극에서 화씨 약 -225도 (섭씨 -153도)에 도달 할 수 있습니다. 중간 부분에 위치한 위도에서 평균 온도는 섭씨 거의 -50도, 밤에는 섭씨 -60 도일 수 있으며 여름 정오에는 섭씨 최대 0도까지 확장 될 수 있습니다. 화성 표면의 온도 변화 영화의 스크린 샷은 Mars Odyssey Themis (열 방출 이미징 시스템) 기기와 Arizona State University의 NASA 팀이 주최했습니다 (그림 2). 영화에 대한 링크는 이미지 아래에서 찾을 수 있습니다 (ASU University의 Mars Odyssey 및 Themis 팀).
MARS의 주요 암석 구성 요소 및 동등한 엔지니어링 특성
지구와 비슷한 화성에는 빵 껍질, 맨틀 및 핵심이 있습니다. 현재 모델은 주로 철, 니켈 및 약 15-17% 황으로 구성된 핵심 섹션을 표시합니다 (Kavner et al., 2001). 그것의 핵심은 부분적으로 유체 스탠딩에 머무르며 지구의 핵심보다 거의 두 배의 수량이 집중되어 있으며, 코어는 실리케이트 맨틀로 둘러싸여 있습니다 (Fuller and Head, 2002). 고대 화성 빵 껍질을 사용하면 지각 재 처리는 지각 활동이 없기 때문에 지구의 비롯된 것만 큼 발생하지 않았습니다 (Zuber, 2001). 원격 감지 스펙트럼 데이터에서 얻은 데이터와 마찬가지로 화성의 운석에서 얻은 데이터는 지각 및 표면 물질이 대부분 화산 발생으로 인해 주로 현무암 암석으로부터 고안된 지각 및 표면 물질이 남아 있음을 표시합니다 (McSween et al., 2009).
.화성 기회 로버는 Meridiani Planum에서 퇴적암을 발견했습니다. 이러한 발견의 데이터는 화성 표면이 Regolith 및 현무암 토양에 의해 둘러싸여 있음을 보여줍니다. 화성 토양의 기계적 특성 및 베어링 용량에 대한 일부 연구는 지구의 유사성 토양에 대한 아날로그 연구 방법에 의해 수행되었다 (Elshafie et al., 2012). 이러한 조사의 결과는 화성 표면에서 침투성, 안정성 및 교통 능력을 찾는 데 적용될 수 있습니다. 표면은 종종 화산암으로 덮여 있습니다. 그럼에도 불구하고 토양 형태의 퇴적물은 낮은 두께 층의 모양으로 발생합니다.
토양 층 아래의 기반암 깊이에는 상당한 정보가 없습니다. 그러나 바위가 단단한 화성암이라면, 방패 기계 나 폭파보다는 미니어처 TBM이 더 유용 할 것입니다. 어떤 곳에서는 약한 발화성 암석으로 바위가 구성된 경우, 폭파 용 시추기는 바깥쪽으로 고정되어야합니다. 일반적으로, 물을 운반하고 드릴 비트에서 열을 제거하기 위해 물이 적용됩니다. 결과적 으로이 문제에 대한 새로운 전략이나 기술이 제안됩니다.
초기 대피소 대신 화성의 지하 구조
적도 위치에서는 화산암 (예 :현무암)의 일부 자연 동굴이 존재하여 더 발달하거나 발굴 될 수 있습니다. Fogg (1997)와 Cushing et al. (2007)은 아르시아 몬스 화산 내에서 (그림 3 참조), 오디세이는 천연 동굴이나 용암 튜브를 보여 주었다. 초기에 화성 식민지 주민들은이 천연 대피소를 활용하여 방사선 및 미세 메테 라이트로부터 보호 할 수 있습니다. 지열 에너지의 존재는 아르시아 몬 근처의 적도 지역에서 끝납니다 (Fogg, 1997). 아르시아 몬스는 인간의 행동을위한 더 많은 공간을 제공하기 위해 자연 동굴을 추가로 발굴 할 수있는 초기 정착을위한 좋은 후보라고 결론 지을 수있다.
.지구에서 가져온 첨가제 또는 바인더가있는 화성에서 발생하는 천연 물질은 이러한 공간을 밀봉하고 외부의 가혹한 저온에 대한 단열재를 제공하는 데 사용될 수 있습니다. 지하 공간의 확장은 강력한 로켓으로 화성에 운반 할 수있는 미니 TBM을 적용하여 수행 할 수 있습니다. 이 TBM은 지구 전문가들이 원격으로 제어 할 수 있습니다. TBM이 화성으로 가져갈 수없는 상황에서 휴대용 드릴은 단순히 화성으로 가져 가서 전기 에너지로 구동 될 수 있습니다. 그러나 대규모 부피 공간을 굴삭하는 생산성은 이러한 휴대용 드릴로 인해 작습니다.
화성암에서 터널링의 모델링
화성암의 원형 터널링 방법을 조사하기 위해 수치 분석을 수행 하였다. 화성의 중력과 화성암에서의 잠재적 결함 또는 관절의 영향은이 수치 분석에서 암석 고장 확률을 식별하는 데 고려되었습니다. 이 연구에서는 원형 터널 형태로 모델링 된 화성 지하 구조 주변의 암석 안정성 그래프가 획득되었습니다. 응력 분포는 원형 터널 주변의 암석 고장 및 결함 미끄러짐에 대한 기본적인 이해를 얻기 위해 계산되었습니다. 스트레스 구성 요소는 Kirsch (Jaeger et al., 2009)에 의한 2-D 분석 솔루션을 사용하여 계산되었습니다.
1 차 수직 응력 인 P2는 압력을 과부하로 가정했습니다. 초기 수평 응력 인 P1은 수직 응력의 K 배인 것으로 가정되었다. 계수 k는 0.25, 0.5, 1.0, 1.5 또는 2.0으로 가정되었습니다. 응력 구성 요소는 X에서 Y 축까지 B에 기울어지는 관절 평면에서 주요 응력 또는 정상 및 전단 응력으로 변경되었습니다. 이 계산에 사용 된 방정식을 보려면 독자는 2017 년 터널링 및 지하 우주 기술 저널에 표시된 주요 기사를 참조 할 수 있습니다 (Morteza Sheshpari, Yoshiki Fujii, Takuya Tani가 저술 한 터널링 방법으로 발굴 된 화성의 지하 구조). 암석 고장 또는 조인트 슬립을 금지하는 응집력은 관절 평면의 내부 마찰 각도 또는 관절 평면의 마찰 각도를 30 °로 가정하고 초기 수직 응력에 의해 정규화 된 후에 제시되었다 (도 4). K의 다른 시나리오에서 더 많은 수치 분석 수치와 그래프의 경우 독자는 주요 기사를 참조 할 수 있습니다. 그림의 음수 값은 암석 또는 조인트 개구부의 인장 고장을 금지하기 위해 필요한 인장 강도를 나타냅니다.
은하 우주 광선 및 태양 입자 사건에 대한 노출
다른 행성에서는 우주 광선에서 많은 양의 방사선이 대기가없고 지구 표면에서 발생하는 자기 차폐로 인해 인체에 해를 끼칠 수 있습니다. 은하 우주 광선 (GCR)과의 장기간 접촉 및 예상치 못한 태양 입자 사건 (SPE)에서 방출되는 입자는 암과 사망을 유발할 수 있습니다 (Reitz et al., 2012). 우주 임무에서, 특히 저 지구 궤도 외부의 비행에서 우주 비행사는 은하 우주 방사선 (GCR)과 태양 입자 사건 (SPE) 방사선에 의해 충격을받습니다. 데이터는 과거의 SPE 방사선 강도가 보호되지 않은 우주 비행사에게 치명적인 강도에서 발생할 수 있음을 표시합니다 (Battersby, 2005). 우주의 GCR 및 탄력성 SPE는 화성 토양에서 분자 결합을 분명히 깨뜨릴 수있는 감마 광선과 중성자를 생성합니다 (Gifford, 2014). 중성자는 화성에서 가장 침투하는 방사선이며 5-10 t/m2 질량을 통해 중단 될 수 있습니다. 다시 말해서, 2-4m의 과부하 바위는 침투와 침투를 중단시킬 수 있습니다.
결론
다른 행성을 식민지화하는 것은 불가피하며, 지금은 일어나지 않을 경우, 특히 지구상에서 인간의 소멸을 시작할 수있는 다가오는 자연 또는 인공 재난을 고려할 것입니다. 다른 행성에서 인간 식민지화의 다양한 특징에 대한 R &D 예산의 적은 부분을 바탕으로 시간이 지남에 따라 가까운 행성에 정착을위한 방법을 시작할 수 있습니다. 화성에서 얼어 붙은 형태의 물이 발생했으며, 가까운 거리 및 최근의 밀접한 관찰은이 지구를 정착하기 좋은 후보로 지명하여 인간의 다른 주요 및 기본 조건을 유지했습니다.
Space X의 Falcon Heavy 또는 Space 엘리베이터, 예를 들어, Obayashi Corporation Space Elevator (2050 년까지 건축 될 예정)와 같은 영양 식물의 과학에서는이 목표를 달성하기가 더 쉬워 질 수 있습니다. 화성에 인간을 수용하기위한 가장 실용적인 방법 중 하나는 아르시아 몬스와 같은 화성의 바위 형성에서 발견되는 천연 동굴을 사용하고 지하 발굴 방법을 통해 확장하는 것입니다. 이러한 유형의 지하 구조물은 화성의 가혹한 환경과 위험한 GCR 및 SPE 방사선에 대한 달성 가능하고 좋은 대피소를 만듭니다.
모든 에너지 유형으로 구동되는 운송 가능한 드릴링 또는 발굴 도구는 현재 동굴을 개발하거나 원하는 착륙 위치에 새로운 동굴을 건설 할 수 있습니다. 이 휴대용 굴착 도구는 핸드 헬드 드릴러에서 미니어처 또는 더 큰 크기의 TBM에 이르기까지 다를 수 있으며, 이는 무거운 로켓으로 들어 올릴 수 있습니다. TBM은 발굴을 위해 유체가 필요하지 않으며 원격으로 제어 할 수 있습니다. 이 연구에서 설명 된 수치 분석은 원형 형태의 터널링이 화성 중력과 온도에서 심각한 암석 불안정성을 생성하지 않아 다양한 관절 및 결함 발생 상황을 허용한다는 것을 보여줍니다. 발굴 된 지역에는 최소 지원이 필요하며 감시 및 엔지니어링 판단으로 피할 수 있습니다.
