과학자들이 가짜 달 먼지를 만드는 이유

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 말했습니다. 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. 토양 , 또는 미래의 달 기지 건설을 위한 건축 자재를 만드는 데 사용하십시오 .

상대적으로 적은 양의 달 토양은 아폴로 임무의 우주 비행사에 의해 수집되어 지구로 돌아왔기 때문에 접근이 매우 제한적입니다(Credit: Nasa)

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. "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.

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.

달의 먼지는 지구에서 찾기 어려운 몇 가지 매우 특정한 성질을 가지고 있기 때문에 가까이 오는 화산 가루와 암석 샘플은 매우 귀중합니다. (Credit: ESA)

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."

Cowley에 따르면 시뮬런트는 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. 

 

달의 흙을 만드는 방법

일단 수집된 암석 샘플은 각진 입자를 생성하는 방식으로 밀링 및 연마되어야 합니다. 올바른 범위의 입자 크기를 생성하는 것도 중요합니다. 일반적으로 그들은 파쇄된 암석을 특정 크기의 구멍이 있는 체에 통과시켜 이를 수행합니다.