从喷流表面相互作用理解地质参数对粘性侵蚀率的影响
空间物理
2025-04-10 v1
摘要
随着人类在阿波罗计划下返回月球，理解和减轻喷流-表面相互作用 (PSI) 的效应对月球上的人员和设备保护至关重要。为帮助表征粘性侵蚀及坑洞形成的底层机制，实验测量使用模拟土壤和亚声速、非化学反应性流体，以压缩空气在分离板、喷流坑洞 setup 中完成。更具体地，这些研究检验了基质密度、黏结性以及排气流特性对粘性侵蚀率和坑洞形成的影响，分别采用月球高原模拟物 (LHS-1)、月球海拔模拟物 (LMS-1)、LHS-1D（粉尘）模拟物以及 40-80 微米玻璃珠在大气中的情况。结果表明，粒子尺度分布最终可影响坑洞形状和侵蚀率，可能源于内部摩擦角。测量显示，基质密度增加（尤其是从未压实到轻微压实状态），可将侵蚀率降低最高可达 50%。尽管颗粒黏结可在某种程度上减缓侵蚀率，但超过 1000 Pa 的高黏结水平反而可能因颗粒团块化而增加粘性侵蚀率。本文提出了 Metzger (2024a) 方程关于体积侵蚀率的修正版本，并讨论了局限性。这些修正后的粘性侵蚀方程，已指出地质参数在粘性侵蚀中发挥重要作用，应被纳入月球计划中未来计划的 PSI 计算模型之中。
引用
@article{arxiv.2504.06944,
title = {Understanding The Effects of Geotechnical Properties on Viscous Erosion Rate from Plume Surface Interactions},
author = {B. Dotson and A. St. John and R. Hall and D. Sapkota and D. Britt and P. Metzger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.06944},
year = {2025}
}