인류가 50년 만에 처음으로 달에 다시 발을 디디려고 함에 따라 전 세계 우주 기관은 달 토양이 많이 필요합니다.
하얗게 칠해진 단층 건물 뒤에 화산 분화구의 벽이 어렴풋이 드러나 있어도 졸린 타오 마을을 놓치기 쉬울 것입니다. 카나리아 제도의 Lanzarote 한가운데를 가로지르는 LZ-20 고속도로를 따라 차를 몰고 가다 보면 이곳을 통과하는 데 몇 분밖에 걸리지 않습니다. 섬 중심부의 타미아 화산 분화구 와 가깝지만 타오는 란사로테의 주요 관광 명소가 아닙니다.
그러나 최근에 이 도시는 화산이 아니라 Tao가 건설된 짙은 회색 토양에 관심이 있는 매우 다른 종류의 방문객을 맞이하고 있습니다. 이 칙칙하고 바위 같은 물질은 지난 10년 동안 가장 야심찬 인류의 노력 중 하나에서 놀라운 역할을 했습니다. 그것은 인간을 달에 다시 보내는 데 도움이 될 것입니다.
스페인 과학자 팀은 타오 근처 채석장의 현무암이 1971년 아폴로 14호 승무원이 지구로 가져온 달 표면을 덮고 있는 먼지와 암석 파편의 담요인 달 표토 샘플과 놀라울 정도로 유사하다는 사실을 발견했습니다. 그들은 그것을 달에 보내기 전에 하드웨어 및 실험을 테스트하는 데 사용할 수 있는 달 표토 모의 샘플을 만드는 데 사용했습니다.
LZS-1이라고 하는 토양 샘플은 NASA와 전 세계의 다른 우주 기관이 달 탐사를 준비하는 데 도움을 주기 위해 개발된 다양한 품질의 달 표토 모조품 목록 중 최신입니다.
개발된 최초의 달 모사체 중에는 1988년 미네소타주 덜루스의 버려진 채석장 에서 발견된 현무암에서 미네소타 대학의 미네소타 달 모의체 1 (MLS-1)이 있습니다 . 연구원들은 이 암석이 아폴로 11호 우주 비행사가 방문한 고요 의 바다 구석에서 수집한 토양의 화학적 조성과 유사하다는 것을 발견했습니다 . 달의 어두운 암말 지역 또는 "바다"는 주로 마그네슘과 철이 풍부한 현무암으로 구성되어 있는 반면, 더 가벼운 고원 지역은 주로 칼슘과 알루미늄으로 구성된 암석으로 구성되어 있습니다.
1969년에서 1972년 사이에 달에 착륙한 6개의 아폴로 임무는 약 380kg(837lbs)의 달 토양과 암석을 지구로 가져왔습니다. 이 샘플은 제한된 가용성으로 인해 열심히 보호되었습니다.
텍사스 주 휴스턴에 있는 NASA 존슨 우주 센터의 천체 물질 연구 및 탐사 과학 부서의 우주 과학자인 John Gruener는 "그것은 소중했고 중요한 과학 연구에만 사용되었습니다."라고 말합니다. 그러나 달과 관련된 프로젝트에 참여하는 엔지니어, 생물학자, 식물학자 및 기타 연구팀은 장비와 실험을 테스트할 무언가가 필요합니다. 그들은 우주선과 우주복과 같은 하드웨어가 달의 환경에 어떻게 대처할 수 있는지를 볼 뿐만 아니라 궁극적 으로 달에서 식량을 재배 할 수 있는지 여부를 테스트하기 위해 달 표토의 물리적, 화학적 및 광물 특성을 복제하는 물질을 필요로 합니다.
Gruener에 따르면 달 모의 탐사선에 대한 최초의 실제 수요는 조지 HW 부시 대통령이 1989년 인간을 달에 다시 보낸 다음 화성에 보내는 것이 목표인 우주 탐사 이니셔티브(SEI)를 발표한 이후에 발생했습니다.
달 먼지 문제
우주비행사가 달에 돌아올 때 직면하게 될 과제 중 하나는 우주복과 장비에 달라붙는 날카로운 먼지 알갱이의 양을 줄이는 것입니다. 달 먼지의 작은 조각은 작은 정전기 전하를 가지고 있어 특히 달라붙습니다. 불행하게도 먼지는 섬세한 장비와 전자 장치를 손상시킬 수 있으므로 NASA의 엔지니어는 달 먼지가 우주선과 우주복에 쌓이는 것을 방지할 수 있는 새로운 코팅을 개발하고 있으며 토양 모의 물질로 테스트할 수 있습니다.
"아폴로 임무와 달리 SEI는 무엇보다도 새로운 서식지, 로버 및 전원 공급 장치가 필요한 달에 더 오래 머무르는 것을 예상했습니다."라고 Gruener는 말합니다. "우리는 Apollo 토양과 암석 샘플에서 새 하드웨어를 테스트하고 싶었지만 너무 적었습니다."
SEI의 야심찬 목표는 많은 양의 달 토양이 필요한 지구에서 광범위한 하드웨어 테스트를 필요로 했습니다. 진정한 달 토양의 공급이 너무 제한되어 있기 때문에 유일한 해결책은 지구에서 달의 모의 물질을 개발하는 것이었습니다. 그 결과 1990년대 중반 Johnson Space Center에서 개발된 선구적인 달 표토 모조품인 JSC-1이 탄생했습니다 .
JSC-1은 애리조나 주 플래그스태프 근처 메리암 분화구 남쪽 측면의 화산 분출구 근처에서 유리가 풍부한 현무암 재에서 추출한 것으로, 아폴로 14 호 임무 에 의해 달에서 가져온 샘플과 유사한 것으로 밝혀졌습니다 .
Gruener는 "올바른 광물학을 가졌습니다."라고 말합니다. "그것은 올바른 입자 크기 분포를 가지고 있었습니다. 개별 입자는 올바른 모양을 가지고 있었고 결정적으로 모조 물질은 결정질과 유리 성분을 모두 가지고 있었습니다."
달 토양은 표면에 많은 고에너지 운석 충돌로 인해 중요한 유리 성분을 가지고 있습니다. 이러한 충돌에서 발생하는 열은 달 토양에서 유리를 생성합니다. 지구상에서 토양이 자연적으로 유리를 포함하는 주요 장소는 화산 근처입니다. Johnson Space Center는 약 20톤(44,092lbs)의 JSC-1을 생산했습니다. 그러나 SEI 프로그램은 나중에 취소되었고 결과적으로 달 모의체에 대한 수요가 줄어들었습니다.
달 표면에서 구르거나 파고드는 것은 무엇이든 지구에 있는 것과는 매우 다른 레골리스를 만납니다 - John Gruener
그 후 2005년에 조지 W. 부시 대통령은 우주 탐사 비전(VSE)을 발표함으로써 그의 아버지와 유사한 연설을 했습니다 . 그 목표는 달로 돌아가는 것이었고 미래의 화성 임무를 위한 시험장 역할을 할 것입니다.
이 발표에 이어 달 토양 모의물질에 대한 관심이 다시 높아져 NU-LHT라고 하는 달의 고원 토양 모의물질 시리즈가 탄생했습니다. 이는 몬타나의 스틸워터 광산에서 공급되는 양극석 및 노라이트 암석으로 만들어졌습니다. 그러나 2010년에 보류되면서 비슷한 운명이 VSE를 기다리고 있었습니다.
그러나 2017년 아르테미스 프로그램이 탄생하면서 달 모의 물질에 대한 관심이 다시 불붙었고 우주 비행사가 달의 남극에서 만날 수 있는 토양을 더 잘 반영하기 위해 더 다양한 달 토양 모의 물질 선택에 대한 요구가 있습니다.
이번에는 개인 플레이어가 시뮬런트 제작에 앞장서고 있습니다. 세계 최대 생산업체 중 하나는 플로리다에 기반을 둔 Exolith Lab으로, 2017년 설립 이후 80톤(176,370lbs)의 달 및 화성 토양 모사물을 생산했습니다.
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Gruener에 따르면 달은 거칠고 먼지가 많은 환경을 가지고 있습니다. "달 표면을 굴리거나 파고드는 기계는 지구에 있는 어떤 것과도 매우 다른 레골리스를 만나야 합니다."라고 그는 말합니다. "우리 [지구]는 토양 입자를 둥글게 만드는 경향이 있는 바람과 물로 인해 많은 풍화를 겪습니다. 그러나 달에는 그런 것이 없습니다. 유일한 물리적 풍화는 각진 토양 입자를 만드는 충격을 통해서입니다. 결과적으로 지구에서 작동하는 것이 달에서는 잘 작동하지 않을 수 있습니다."
regolith simulants는 광범위한 테스트 및 실험에 사용되고 있습니다. Johnson Space Center는 달의 암석에 박아 넣을 지질학적 도구를 테스트하고, 우주복 직물의 저항을 테스트하고, 달 먼지가 우주선과 서식지의 공기를 오염시키는 것을 방지하는 공기 정화 필터를 개발하는 데 사용합니다.
Exolith Lab에서 개발한 수 톤의 달 시뮬레이션 물질은 달 남극에서 물을 탐사할 나사의 바이퍼 로버 의 하드웨어를 테스트하는 데 사용될 것입니다 . Exolith Lab 설립자 Daniel Britt에 따르면 모조 물질은 산소 및 금속과 같은 자원 추출 실험에도 사용됩니다.
이것은 우주 기관이 달에 영구적인 정착지를 구축하려고 하기 때문에 매우 중요할 수 있습니다. 로켓으로 지구 표면에서 원자재를 들어 올리는 것은 비용이 많이 들고 에너지 집약적인 사업이므로 가능하면 이미 자원을 개발하는 것이 중요합니다. 달 표면에서 발견.
인간이 달로 돌아갈 준비를 하기 때문에 너무 많은 달 모의 물질이 필요할 수 있으므로 유럽 우주국은 900톤(198만 파운드)의 자체 달 표토 모조 물질인 EAC-1을 생산할 계획입니다 . 그것의 대부분은 우주비행사들이 달 표면을 걸을 수 있도록 훈련하고 달 탐사선을 달릴 수 있도록 돕는 데 사용될 것입니다.
Tao 채석장 암석에서 LZS-1을 개발한 과학자 팀의 일원인 마드리드에 있는 Instituto de Geociencias의 행성 지질학자 Jesus Martinez-Frias는 그들이 새로운 시뮬런트만큼 많이 생산할 생각이 없다고 말했습니다. .
"현재 우리는 2kg을 생산했습니다."라고 그는 말합니다. "우리의 목표는 특정 연구를 위한 고품질 자료를 준비하는 것입니다." 그가 사용할 수 있다고 말하는 것 중에는 달 토양에서 산소를 추출하고 작물을 재배하고 구조물을 건축하는 방법을 개발하는 것이 있습니다.
시뮬런트와 해당 응용 프로그램은 다양하지만 이를 생성하기 위한 몇 가지 공통 지침 원칙이 있습니다. Britt에 따르면 중요한 부분은 올바른 입력 자료를 얻는 것입니다.
"그 중 일부는 쉬운 반면 anorthosite와 같은 일부는 상대적으로 흔하지 않습니다."라고 그는 말합니다.
그러나 Gruener는 달의 토양과 100% 일치하는 regolith simulant를 재현하는 것은 불가능하다고 말합니다. "80% 수준에서도 재현할 수 없습니다."
ESA 유럽 우주 비행사 센터의 Aidan Cowley에 따르면 모조 물질은 지구 고유의 특성 때문에 달 토양과 완벽하게 일치할 수 없습니다. "예를 들어, 달 토양에 비해 나트륨 함량이 더 높은 것과 같이 화산 폭발에서 나오는 암석에서도 수문학적 측면을 발견할 수 있습니다."
그러나 좋은 시뮬런트를 찾으면 그만한 가치가 있습니다. 가장 근접한 가격 범위는 kg(2.2lbs)당 $45(£36)에서 $150(£120)입니다. 소수의 토양에 나쁘지 않습니다.