面向阿塞蒙时代的月球基地的微尘撞击率分析

NASA的阿塞蒙计划旨在使宇航员返回月球并在月球南极建立基地。关键挑战在于理解来自微尘颗粒的威胁，而这些微尘颗粒太小无法直接监测。我们采用NASA的Meteoroid Engineering Model 3（\texttt{MEM~3}），估算了规模相当于国际空间站（100米 $\times$ 100米 $\times$ 10米）的月球基地的微尘撞击率。我们发现，月球基地将经历 $\sim$15,000--23,000次/年的微尘撞击，撞击质量范围为 $10^{-6}$--$10^{1}$~g，取决于位置——在月球极地处取最小，在地球子午线附近取最大，两者相差约$\sim$1.6倍。为了评估防护系统的减缓效果，我们提出了描述穿透防护措施后撞击数量与最小能穿透防护措施的微尘质量（即“临界质量”）之间关系的函数形式。我们估算，领先的Whipple防护罩可防护约 $\sim$99.9997%的微尘。通过以Whipple防护罩的临界质量为最小质量重新运行 \texttt{MEM~3}，我们确定，受保护的月球基地将经历 $\sim$0.024--0.037次/年的穿透性撞击——同样在极地处取最小，在地球子午线附近取最大。这些结果表明：（1）月球极地是持续居住的最佳位置，（2）地球的引力聚焦作用在此类微尘通量下主导于其几何屏蔽作用，（3）当前防护技术可使微尘威胁降低近五个数量级，使持续的月球居住变得可行。