利用熔岩管道建设月球农场的初步构想

总结了月球熔岩管道的天然优势和地外农场的研究进展,概括了月球农场建立所涉及的原位资源利用关键技术,梳理了利用熔岩管道建设月球农场的基本思路,并提出了基于月球熔岩管道的月球农场布局规划,总结了月球农场建设所面临的科学难题,为利用熔岩管道建设月球农场的研究提供参考。

未来月球熔岩管科研工作站能源供给的数值模拟

在月球熔岩管内建立科研工作站可以避免很多自然灾害,因此月球熔岩管长期被认为是人类探索月球建造科研基地的理想场所.Apollo 15和Apollo 17实测资料表明月表具有极低的导热系数,所以月球风化层的温度在深度超过50 cm的区域保持在较低的恒定值(~250 K).因此,在熔岩管内建立科研工作站需要考虑维持人类宜居温度的供热问题.在不考虑熔岩管轴向热量流失的情况下,本文建立了二维瞬态热传导的有限元数值模型,定量研究了位于赤道和极地地区的单位轴向长度(1 m)熔岩管加热到宜居温度的时间、维持在宜居温度所需要的供给功率以及利用太阳能给熔岩管供电等问题.结果表明,对于直径为20 m的单位长度的管洞,在Apollo测量点和极地地区分别采用6280 W及16328 W的加热功率一个月球日内就可以将其加热到宜居温度(~293.15 K).在维持宜居温度阶段,熔岩管壁热量在向四周传递的同时热流也在逐渐减小.结果也表明,为了节约能源,月球科学研究站应建在赤道地区平均温度较高、深度较深、直径较大的熔岩管处.而且如果在熔岩管壁处增加0.5 m厚度的风化层作为绝热层可以进一步减小加热功率和热量损失.因此,在加热阶段位于赤道地区直径为20 m且含绝热层的熔岩管在前三年需要20L~120L W(L(m)为实际熔岩管的轴向长度)的加热功率和0.06L~0.4L m^(2)的太阳能电池板.3年后,仅需15L W的功率和0.05L m^(2)的太阳能电池板即可满足室温需求.我们的研究将为今后在月球熔岩管内建立科学研究基地提供科学指导.

月球熔岩管探测中月表杂波识别方法仿真

月球上可能存在大量可用于抗辐射、躲避陨石撞击和月球表面极端温度变化的熔岩管。月球表面杂波识别以及与熔岩管目标回波的区分是月球熔岩管目标探测的重要问题。根据高频电磁波与低频电磁波在月壤中的路径衰减快慢不同,熔岩管道高低频功率比与月表杂波高低频功率比不同的特征,提出了一种利用高低频电磁波功率比进行月表杂波识别的方法。基于分辨率、回波功率、信杂比和信噪比对熔岩管探测雷达进行了参数优化设计,建立了仿真系统,利用伪谱时域方法对不同走向的月球熔岩管回波进行了仿真研究。仿真结果表明了利用回波的高低频功率比区分月表杂波和熔岩管回波的有效性,熔岩管道高低频回波和月表杂波高低频回波功率比与熔岩管埋深度呈正相关,与频率比呈正相关。

利用熔岩管道建设月球基地的规划设想

建设永久性月球基地是人类进行月球探索的关键步骤和最终目标,研究月球基地的规划有助于月球基地建设工程的立项和航天战略的稳健实施。本文基于现有的月球探测成果,提出利用熔岩管道建设月球基地的设想,对月球基地选址、结构与构型、设计策略、方案评估进行了分析,提出了建设月球基地的规划方案,拟为未来建设月球基地提供参考。

越南南部穴居伊塔步甲一新种(鞘翅目:步甲科:棒角甲亚科)(英文)

记述采自越南胡志明市附近Tan Phu火山熔岩管系统中的穴居步甲1新种。模式标本分别保存在巴黎自然博物馆、华南农业大学昆虫标本室和胡志明大学昆虫标本室。德氏伊塔步甲Itamus deuvei,新种(图1～8)本种为伊塔步甲属中两个喜洞穴种类之一(另一种穴伊塔步甲Itamus cavicola,产于巴布亚新几内亚的新爱尔兰岛),其与穴伊塔步甲的主要区别在于:体细长、触角长、缺眼毛、翅沟极浅且无刻点、阳茎中叶近端部明显伸长。正模:♂,越南同奈省定贯县和新富县之间,火山溶岩管,17-Ⅻ-2006,Bedos A,采于蝙蝠粪便上(编号No.Vn06-253);副模:4♂♂ 2♀♀(编号No.Viet-048),地点同正模,23-Ⅻ-1994,Deharveng L,Tam T Q和Bedos A采。

熔岩管冷却过程中的热应力计算

除本身造成的直接灾害外,火山喷发的基性熔岩流动过程中经常会形成熔岩管.由于地下空洞的存在,熔岩管附近区域的地表稳定性会降低,容易发生坍塌,造成次生灾害。月球和火星上发现的熔岩管是未来外星探测基地的最佳选择,对于熔岩管稳定性研究也具有潜在价值。本文运用有限元方法,基于熔岩管形成机制,建立熔岩管形成后温度演化过程和相应的位移和热应力状况.通过分析熔岩管附近主应力的演化过程,考察不同物理参数(熔岩管的大小、深度、形状)对于熔岩管稳定性的影响。

袖阀管模袋注浆技术在高速公路路基溶洞处治中的应用

以汕湛高速公路熔岩区桩基施工为例,结合现场实际情况,确定对熔岩区桩基采取袖阀管模袋注浆施工技术。文中简要介绍了袖阀管模袋注浆技术施工工艺和技术要点,施工过程中质量控制方法和要点,施工效果评定。该施工技术可有效保证桩基施工质量,且确保施工安全。

镜泊湖世界地质公园熔岩隧道分布特征及成因

通过地形测量、专项调查等手段,对全新世镜泊近期玄武岩台地熔岩隧道进行研究发现,镜泊湖熔岩隧道按成因分为两种类型,一类为主熔岩隧道,此类熔岩隧道是熔岩流流淌过程中周边遇冷首先凝固,其中心保持高温液体状态,继续流空所致;另一类为走向与熔岩流方向呈一定夹角的熔岩"气洞",是气泡沿熔岩流切线方向逃逸汇聚所致.镜泊湖镜泊近期熔岩台地上的塌陷沟谷为主熔岩隧道塌陷形成的,即熔岩塌陷沟谷位置为主熔岩隧道位置.研究为理解全球不同区域火山熔岩隧道的形成过程提供必要证据,同时为镜泊湖世界地质公园科普宣传、旅游开发提供科学理论依据.

月球及火星熔洞密封技术发展及其方案可行性研究

月球及火星等地外天体上的熔洞具有抗辐射性、抗陨石撞击、防月/火尘和隔热保温性好等优点,利用熔洞建立居住基地是未来人类在地外天体长时间驻留的可选方案之一。文章探讨了熔洞基地建设中最基本的技术问题之一——熔洞密封技术方案的可行性;讨论了空间密封结构和快速检漏技术;提出了两种熔洞密封方案——基于独立柔性气腔的密封结构方案和基于熔洞内表面涂层处理的密封方案;提炼出了需要解决的关键技术问题,并对密封技术的未来发展趋势进行展望;给出本领域研究的发展建议,为未来深空探测和地外天体的基地建设提供技术支撑。

地球熔岩管道微生物研究对天体生物学的启示

天体生物学作为与深空探测相结合的交叉学科,旨在从地球极端环境类比、古代生命载体信息发掘和模拟等方面揭示地外行星体是否适合生命生存和繁衍,其中适宜的环境条件是评价所有天体是否宜居的重要条件。近年来在月球和火星等行星表面发现了大量由火山熔岩流形成的熔岩管道,这些巨型管状地下空间具有稳定的温度和防辐射等环境条件,为生物在地外星体上的生存提供了潜在的庇护场所。基于地球熔岩管道的天体生物学的类比研究可以为探索地外生命痕迹提供重要线索,本文综述了现阶段地球熔岩管道内微生物的研究进展、微生物痕量气体代谢在天体生物学研究中的潜力及天体生物学的研究进展,旨在为后续开展地球及地外熔岩管道的天体生物学研究提供思路。

月球基地的建设远景与挑战

基于对月球资源和环境条件的调研及国内外月球基地建设方案的相关研究与发展现状,综合考虑月球纬度、复杂地形地貌以及月壤/月岩矿物等原位资源利用因素,以传统土木工程为框架,结合当下物联网、大数据、人工智能等研究方法,提出以月表、月海、月岩等地貌特征与不同阶段下月球开发探索的研究目标相结合,分阶段构建“月表之上”“月海之中”“月岩之下”的月球综合体建造基地的设想。对不同阶段的基地建设选址、设计方案、结构特征以及智慧基地的建设要点进行分析,总结面对复杂月面地貌特征条件下构建月球基地综合体所面临的技术挑战和关键科学问题,为未来建设高级月球基地及功能分区部署提供参考。

月球熔岩管探测研究现状与发展方向

建设月球科研站是当今国际上探月的重要目标,熔岩管是科研站的重要候选地之一。文章探讨了月球熔岩管作为天然洞穴对于建设月球科研站和月球基地的重要性,回顾了国内外月球熔岩管的现有认识,重点讨论了其探索过程和研究意义。针对月球熔岩管探测的技术难点,提出了未来发展趋势。结合中国的“嫦娥”系列探月工程,给出了相关建议。

自重构机器人探索地外熔岩管的应用前景

月球和火星等行星表面上的熔岩管被视为人类科学考察基地和生态维持区域的优先选址。然而,熔岩管内部存在的塌物等障碍为熔岩管的无人化探索和改造带来了极大的挑战。模块化自重构机器人以其多功能性和可复用性等优势,成为在不可预测的非结构化环境中越障和操作物体的理想选择。文章简要介绍了模块化自重构机器人概况,重点讲述了该类机器人在熔岩管内移动与越障、采样与操作、辅助支撑这3个场景中的软硬件研究和应用前景。最后针对自重构机器人建设地外熔岩管基地所面临的挑战提出发展建议。

月面形貌勘察重建及其在熔岩管探测中的应用与展望

月球的熔岩管洞穴具有天然的地下管道结构,能够在强辐射、大温差和频繁陨石撞击等月面高风险环境中提供良好的庇护,成为了建立月球科研站等地外基地的必然选择。而随着月面形貌勘察重建技术的不断进展,高精度的形貌勘察手段和高精细的三维形貌模型可以为月球熔岩管洞穴的探测与应用潜力的评估提供强有力的支撑。文章总结了人类在月球探测的不同阶段的主要任务,以及熔岩管洞穴与未来月球基地选址和建设的关系,并对中国目前熔岩管洞穴探测的研究现状进行了简要分析。同时,借助对月面熔岩管洞穴的常用探测手段的分析,对月面形貌勘察重建技术在熔岩管探测中的应用现状、发展需求和挑战进行了讨论。最后,对未来月球熔岩管的探测进行了展望并提出建议,以期推动月球熔岩管洞穴探测和相关科学研究的全球发展,为人类命运共同体的太空征程而共同努力。

太阳系天体熔岩管探测研究现状

由火山熔岩流动和冷却过程形成的熔岩管已经在太阳系多个天体表面被发现,成为了认识类地行星火山活动和热历史的窗口。同时,由于熔岩管内部具有恒温和防辐射的特点,也是未来人类探测活动或地外生存的天然庇护所,因此具有极为重要的科学和工程应用价值。总结了熔岩管的形成机制、探测和识别方法,月球和火星等太阳系不同天体表面熔岩管的分布,探讨了熔岩管探测的科学意义和应用前景,提出地球熔岩管是开展行星熔岩管类比研究和探测的重要对象,并进而介绍了熔岩管类比研究的理论和方法,为未来地外熔岩管的探测提供理论依据和模拟实验支撑。

面向未来月面科考的熔岩管实景三维建模技术研究

提出一种融合机载LiDAR,贴近摄影测量,以及GeoSLAM手持激光扫描仪点云数据来源的面向未来月面科考的熔岩管实景三维建模方法。首先进行实体划分,随后依据语义信息进行实体特征提取,并提出一种新的mesh模型构建方法,通过多层次模型构建方法以及骨架加细节建模方法来对熔岩管内表面的模型进行mesh模型构建,最后在模型内部不同层间分别构建实体,以模拟不同层的原始状态,并以此对层厚、剥落物体积两方面进行测量。通过对位于黑龙江省镜泊湖的熔岩管三维建模表明:基于多源数据融合的熔岩管实景三维建模方法具有高精度、高真实度等特点,为后续月球熔岩管天窗检测、地月模拟对比以及内部探测提供重要参考。

探地雷达对天体熔岩管探测技术类比研究

熔岩管是建立地外天体基地首选地之一。为验证探地雷达对地外天体熔岩管探测的可行性,使用400MHz探地雷达对海南海口石山火山群中的七十二洞和卧龙洞进行熔岩管探测技术类比研究。结果显示:管道上壁距离地面小于等于2m时,雷达可清晰显示上界面;当熔岩管上、下界面高度小于3m时,雷达图可观察到上、下分界面所在位置。使用遗传算法进行雷达数据反演,获得管壁介电常数,并与深度法和样品测量结果对比验证了该反演算法的可靠性。通过分析发现,样品孔隙度与介电常数存在关联性。探地雷达可有效测量地下熔岩管的内部空间信息,并用于未来月球基地建设的准备工作。

面向地外天体熔岩管的三维探测与形态研究

针对地外天体熔岩管探测,利用激光雷达技术对与月球、火星具有较高相似度的海口市石山火山群区域内的熔岩管进行了实地勘测,提出了基于网格划分的天窗检测方法以及利用基于数据增强与多尺度特征学习网络的裂缝检测方法,对熔岩管内部结构进行探测及形态研究;使用便携式手持激光扫描仪对管道内部进行全方位扫描获得高精度点云数据,在ContextCapture软件中完成三维建模,对管道内特殊的微型地貌天窗及其内壁裂隙进行了自动化的检测与提取。实验结果表明,利用激光扫描仪搭配点云处理软件及程序可以高效、直观且真实地还原熔岩管的形态结构,进行定量化分析,对管道内特殊的微型地貌可进行检测与提取。

熔岩管探测的定位方法

针对月球熔岩管内定位,选取海南省海口石山火山熔洞作为模拟月球熔岩管实验区域,利用立体视觉、激光雷达和IMU传感器进行模拟月球熔岩管环境下的定位实验,应用立体视觉定位、激光扫描点云定位、视觉融合IMU定位、激光点云融合IMU以及视觉激光融合IMU定位等方法进行定位处理,对各类方法在不同光照与地形条件熔岩管环境下定位结果的平均误差与稳健性进行对比分析。实验结果表明,立体视觉在长距离行走模式下平均误差可达3.59%,但平均误差与稳健性受制于光照条件;激光雷达平均误差同视觉水平接近,局部区域平均误差为1.89%,但稳健性受数据采集率与视场角影响;立体视觉、激光雷达与IMU集成的定位在光照与地形起伏十分恶劣的熔岩管区域内取得了稳健定位结果,是进行长距离连续定位的优先选择。研究结论为后续月球熔岩探测定位传感器配置与定位方法研究提供了有益参考。

月球熔岩管探测与开发方案设计

在总结前期探测成果和前人研究的基础上,结合对地球熔岩管洞穴的实地考察,深入分析月球熔岩管洞穴的探测开发价值与挑战。结合月球遥感探测数据,针对不同洞口构造的熔岩管,以中丰富海及静海两个典型熔岩管洞穴为案例,构建了由月面平台、探测器及自主机器人等组成的联合探测方案。围绕未来建设月球熔岩管洞穴基地的目标,深入分析熔岩管洞穴开发建设需求与挑战,进一步提出了熔岩管洞穴内部场坪建设、通信能源部署以及居住设施建造方案。