탐사와 가능한 정착 및 식민지화를 위해 화성에 인간이있는 주요 현재 프로젝트는 Mars One Project 및 NASA 프로젝트입니다. 화성에 대한 다가오는 인간 임무의 실현을 위해 고려해야 할 몇 가지 지구 공학 공학 작업이 여전히 있습니다.
음성 기공 수압 범위 (즉, 흡입)를 갖는 지하수 테이블 위에 위치한 지구상의 토양과 관련된 지구 공학적 어려움은 불포화 토양의 역학에 의해 자연적으로 결정됩니다.
화성 외부의 토양의 대부분은 미세 입자 크기 (일반적으로 점토와 미사가있는 <0.002 mm-0.075 mm)로 만들어집니다. 이 토양 크기는 화성 토양 질량에 대한 중력 (지구 중력의 3 분의 1)의 영향에 의해 상당히 소인됩니다. 미세 중력은 화성 토양 내부의 액체 물, 가스 및 열의 전이 메커니즘에 문제를 일으킬 수 있습니다. 토양 흡입은 불포화 토양 경사의 강도에 영향을 미치는 중요한 문제입니다.
전단 강도, 강성 및 베어링 용량과 같은 기계적 특성은 비교적 높으며 흡입의 기여로 인해 불포화 토양의 왜곡에 대한 저항을 제안합니다. 그러나 일부 불포화 토양은 흡입 사라로 인한 채도로 인해 붕괴 (즉, 접을 수있는 토양) 또는 팽창 (즉, 넓은 토양)이 붕괴됩니다. 토양 흡입 가능성은 물의 동결 지점보다 온도 감소하는 동안 상당히 상승합니다.
개발중인 연구 분야 인 불포화 토양의 역학은 수많은 지반 기술적 문제를 해결하기위한 설명을 전달했습니다. 불포화 토양에 대한 기존의 이해는 다가오는 인간 탐사와 식민지화를 단순화하는 화성의 중요한 도구로 보입니다.
화성 토양 조건
화성의 대기, 표면 및 지하 조건에 대한 사실은 다른 출처에서 찾을 수 있습니다. 화성 토양에는 일반적으로 많은 농도의 Fe, S 및 Cl 성분이 포함되어 있습니다. 붉은 색은 습식과 습한 화성에서 바위의 풍화로 생성 된 철분 산화물에 기인합니다. 화성 토양의 일부 물리적 및 엔지니어링 특성은 표 1에서 단축됩니다.
Duricrust :시멘트 및 접을 수있는 토양, 즉 화성의 불포화 토양
듀리 러스트 또는 거짓 자갈로 인식되는 시멘트 및 접을 수있는 토양은 화성 표면의 25%에서 발생합니다 (그림 1). 그들의 구조에는 알베도 및 열 관성 인자에서 결론을 내린 재료를 연결하여 시멘트를 포함하는 입자가 포함되어 있습니다. 이 토양은 바이킹 및 패스 파인더 랜딩 사이트에서 감지되었습니다. 우리는 화성의 모든 부분 에서이 토양 지층의 깊이에 대해 너무 많이 알지 못하며, 이것은 지구에 대해서도 마찬가지입니다. 잘못된 자갈 형태로 조립 된 화성에 불포화 토양의 존재는 그림 1a에서 볼 수 있습니다. Mars Rover에 의한 불포화 시멘트 토양 (Duricrust) 구성의 파괴는 그림 1b에서 관찰됩니다. 화성 표면에 불포화 토양의 존재는 그림 1c-d에서 결론을 내릴 수 있습니다.
화성 지하에서 Vadose 지구 또는 불포화 지역의 발생은 팬, 델타 및 크로스 베드 레이어와 같은 퇴적물 조립에서 결론을 내릴 수 있습니다. 토양 입자 접촉 동안 표면 변형의 흡입 및 떨어지는 것은 미네랄의 침전을 활성화시킨다. 새로운 결정의 증착은 높은 농도의 화학 물질을 갖는 기공 물에서 토양 입자들 사이에서 불포화 단계로 일시적인 방식으로 일어난다.
불포화 토양과 관련된 중요한 지구 기술적 위험은 화성의 Duricrust의 붕괴 특성으로 인해 발생할 수 있습니다. 화성의 표면에는 거짓 자갈이 발견되는데, 이는 다양한 미사 크기의 세분화 된 토양이 약간 굳어집니다. 바이킹 샘플러 암이 모여 들었을 때 그들은 분쇄되었습니다. 건조한 서있는 토양은 심각한 뻣뻣함을 가지고 있지만 물에 흠뻑 적시면 빠르게 분해됩니다. 염 또는 점토 껍질에 의한 가벼운 합착은 물 침투에 의해 연화되고 토양은 더 밀도가 높은 배열로 무너집니다.
불포화 접기 토양에 기초가 기초를 세우면 일부 엔지니어링 어려움이 예상됩니다. 이 토양은 과부하, 정현파 동적 하중 또는 용융 얼음으로 인한 적분으로 인해 예기치 않게 고장 될 수 있습니다. 일부 솔루션은 다가오는 인간 식민지에서 접을 수있는 불포화 토양과 관련된 위험을 방지하기 위해 사용될 수 있습니다. 가장 중요한 것은이 다양한 토양은 두께가 낮은 위치에서 대체 할 수 있습니다. 다음으로, 토양은 만족스러운 환경을 얻기 위해 더 큰 소형성과 밀도로 압축 될 수 있습니다.
이러한 해상도는 다음과 같은 기대치를 고려하여 제안됩니다. 표면 또는 지하 대피소로 구성된 두 가지 형태의 구조물은 화성에 심각한 날씨 상황이나 심각한 태양 및 은하 방사선 영향으로 인간을 보호하기 위해 화성에 구성 될 수 있습니다. 두꺼운 퇴적물 내부의 화성지면 또는 지하 표면에 건설 된 모든 건물의 경우, 토양의 지반 학적 특성은 안정성과 변형 (즉, 붕괴)을 고려하여 최저 필수품을 충족시켜야합니다.
건조 된 다각형에서 볼 수있는 불포화상
랜더와 궤도 우주 공예품이 보낸 그림에서 화성의 외부에서 풍부한 기하학적 균열 (그림 2 및 3)을 감지 할 수 있습니다. 화성 의이 다각형은 직경이 2m에서 3m에서 10km까지 확장되는 다른 크기를 보여줍니다. 열 수축, 탈수 또는 화산 발전은 소규모 다각형 (2 ~ 20m)과 중개 크기 (20-300m)를 생성하는 주요 이유이며, 지각 사건은 더 크고 킬로미터 크기의 다목적입니다.
.건조 이론은 내인성 연못, 또는 충격 분화구에서 형성된 침수 된 퇴적물이 다각형 형태의 토양 조립을 생성했음을 시사한다. 이 호수는 아마도 수열 발달 또는 운석 충격 발생 직후에 트리거 된 지하수 누출의 영향에 흠뻑 젖은 물을 담는 것이 좋습니다. 건조는 표면으로부터의 물의 탈수와 결합 된 폭기 단계 또는 처음에는 흠뻑 젖은 토양에서 발생하는 확산 발달의 결과로
입니다.이러한 관찰 가능한 발달은 물 전위차로 인한 액체 물의 움직임을 제안합니다. 이러한 발달은 수증기 압력의 불일치로 인해 증기 운동에 기인 할 수 있습니다. 휘발성 물질의 손실로 인한 토양이 수축으로 인한 경우, 응력은 토양의 강도 이상인 값으로 확장됩니다. 결과적으로, 추가 스트레스를 완화하기 위해 균열이 형성됩니다. 지구상의 점토 토양의 건조 균열과 함께 발생하는 발생은 다른 연구자들의 연구에 따르면 유사합니다.
화성 산사태와 불포화 토양의 효과
파편 움직임과 협곡 특징은 화성 표면에서 자주 인식 될 수 있습니다. 화성에 대한 추가 표면 구조를 갖는 인터페이스 절단과 젊은 시대의 모래 언덕에 의한 치료는 이러한 gullies가 비교적 젊은 구조임을 보여줍니다. 더욱이, gullies는 산사태 나 Aeolian Developments에 의해 편견된 오래된 지형에 비해 날카로운 모습을 보여줍니다. 갈매기의 존재는 태양에 대한 추가 노출로 일부 위도 옆에 발생합니다.
북반구의 화성 언덕에서 태양 에너지와의 접촉 범위에 대한 연구는 gullies와 gullies로 구성된 gullies로 구성되었습니다. gullies가있는 언덕은 일년 내내 태양과 합리적으로 고정 된 양의 접촉을 가지고 있다고 인식되었습니다. 이 노출은 경사 기하학의 결과로, 주로 위도와 측면 (베어링) 때문에 주로였습니다. gullies 제작은이 지역에 흠집 발생을 견딜 수있는 불포화 토양이 있음을 보여줍니다. 불포화 토양의 습윤은 얼음 용융 및 물의 모세관 운동에 기인 할 수 있습니다. 물은 피상적 인 토양을 흠뻑 젖고 흡입을 줄이고 전단 강도를 떨어 뜨려 내리막 움직임 (즉, 붕괴)을 초래합니다.
그 후, 잔해 흐름, gullies 및 팬 모양의 풍경은 화성 표면에서 생성됩니다 (그림 4-left). 산사태는 다양한 활성화 메커니즘을 가질 수 있으며이 주제에 대한 논쟁은 논문의 공간 제한으로 인해 여기에 전달되지 않습니다. 화성의 이전 또는 현재 시간에 미성년 또는 대량의 산사태 (그림 4)는 습윤 경로의 결과이거나 중력 및 동적 하중의 영향 외에 불포화 토양의 습윤 단계에 기인 할 수 있습니다. 생생한 하중은 운석 영향의 트리거 된 지진 특성 (그림 4- 오른쪽) 또는 화성에서 시작할 수 있습니다. 역동적 인 하중의 결과로 강도 몰수 확률로 불포화 단계에서 접을 수있는 토양의 발생은 화성에서 산사태가 발생하는 주요 이유입니다. 또한 불포화 토양의 촉촉하거나 채도로 인한 잔해 흐름은 화성 외부의 주요 산사태 메커니즘입니다.
한 연구에 따르면 표면 지하 표면의 액체 움직임, 경사 경사 및 언덕에서 Regolith 맨틀의 안정성은 화성의 잔해 흐름을 제어 할 수 있습니다. 초기 연구 및 Sharad (Shallow Radar Mars Reconnaissance Orbiter)의 현재 결과에 기초한이 결과, 액체 재료가 화성 불포화 토양에서지면에 촉촉하게 될 것이라고 추론 할 수 있습니다. 이 액체는 화성 지하의 물가에서 파생 된 잠재적 지하수, 대규모 분산 된 표면 표면 얼음의 해동 또는 지하 수열 운동에서
입니다.따라서, 제기 된 지역 근처의 화성, 비활성 화산 또는 경사면 근처의 화성에 대한 인간 정착지는 피해야합니다. 이는 얼음 용해를 통한 불포화 토양의 중력에 영향, 동적 하중 및 촉촉하게되면 빠르게 움직이는 잔해 흐름이 포함 된 산사태를 유발할 수 있기 때문입니다. 물은 얼음과 함께 또는 화성 표면 아래의 얼음 형태로만 발생합니다. 태양 에너지, 지하 열수 운동 및 수증기가 바깥 쪽 또는 운석 파로의 분산 충격 충격은 얼음 녹기위한 열원을 전달할 수 있습니다. 이 열은 밑면 얼음을 해동시키고 액체 물을 생산할 수 있습니다. 물은 토양 내부에 침투하거나 모세관 운동으로 인해 불포화 토양의 흡입을 떨어 뜨려 전단 강도 감소 및 변형 (즉, 붕괴)을 유발할 수 있습니다. 결과적으로
.
화성 냉동 토양에서 발견 된 불포화 상태
얼어 붙은 토양은 방대한 화성 표면에 존재합니다. 화성의 온도는 다양한 장소와 기간에서 섭씨 -153에서 +20도까지 다를 수 있습니다. 일광, 파괴적인 열수 구배 및 운석 충격 충격으로 인한 따뜻함은 생태 학적 환경을 변화시키고 냉동 토양을 용해시킬 수 있습니다. 토양 기계적 특성, 구체적으로, 강성 및 전단 강도는 기초 설계에 필요한 중요한 요소입니다.
냉동 토양은 제한 압력으로 증가함으로써 얼음에 의해 토양 내부에 생성 된 저항의 결과로 더 큰 1 차 탄젠트 계수 (즉, 강성)를 나타냅니다. 일반적으로 세밀한 응집력이없는 토양 인 미사에서 토양 흡입은 겉보기 응집력을 증가시키고 전단 강도를 연속적으로 에스컬레이션합니다. 심오하게도, 얼어 붙은 토양에서 토양 흡입은 상승하며, 수분 비율이 흡입의 관여에 의해 토양의 전단 강도에 영향을 미친다는 추론 될 수 있습니다. 얼음을 녹여 토양의 채도 정도가 상승하면 어려움이 발생합니다. 이러한 이유로 인해 토양 흡입, 전단 강도, 강성 및 녹은 토양의 베어링 용량이 감소합니다. 햇빛 또는 열수 시스템에 노출되면 열원을 제공 할 수 있습니다.
추가 연구를위한권장 사항
물, 물가, 드라이 아이스 및 토양의 상호 작용에 대한 보완 연구는 토양 흡입이 불포화 토양의 유압 및 엔지니어링 특성에 미치는 영향을 허용합니다. 추가 권장 사항에는 물이나 드라이 아이스로 분류 된 다른 유형의 화성 시뮬라스 토양을 통해 미세 촬영의 영향에 대한 경외심을 가진 우주 스테이션의 테스트가 포함됩니다. 이 실험을 통해 토양 흡입이 화성 및 기계적 인프라 체계에 적합한 엔지니어링 특성에 대한 토양 흡입의 영향에 대한 지식을 높일 수 있습니다. 마지막으로, 불포화 화성 토양에 대한 연구와 분석은 문제를 더 잘 이해하고 효과적인 솔루션을 제안하기 위해 확장되어야합니다. 이 연구는 가까운 시일 내에 화성의 성공적인 인간 식민지화를 향상시킬 수 있습니다.
이러한 결과는 화성에 대한 불포화 토양이라는 제목의 기사와 최근 Geotechnical Engineering of Geotechnical Engineering 에 발표 된 인간 임무 및 화성 정착에 미치는 영향에 설명되어 있습니다. . 이 작품은 오타와 대학교의 Morteza Sheshpari와 Sai K. Vanapalli에 의해 수행되었습니다.
