Китайские ученые впервые провели точные измерения теплопроводности одиночной частицы лунного грунта, доставленного миссией «Чанъэ-5». Они выяснили, что агглютинаты (спекшиеся частицы) в составе лунного реголита обеспечивают теплоизоляцию в вакууме, сопоставимую с высокоэффективными синтетическими аэрогелями.
Это значение стало самым низким показателем теплопроводности, когда-либо зарегистрированным для природного материала, сообщили во вторник в Центре технологий и инженерии космического использования (CSU) Китайской академии наук, пишет Global Times.
Открытие было сделано совместной исследовательской группой из CSU, Университета Цинхуа и Института геохимии Китайской академии наук. Оно проливает новый свет на причины чрезвычайно низкой теплопроводности лунного грунта и механизмы формирования экстремальных температурных условий на Луне. Кроме того, результаты дают природную модель для разработки передовых теплоизоляционных материалов, сообщили в CSU.
Частицы лунного грунта по своей морфологии делятся на три типа: агглютинаты, фрагменты пород и стеклянные шарики. Наиболее сложными являются агглютинаты — они обладают крайне нерегулярной структурой и размытыми границами. Исследователи выявили ключевые особенности разных типов частиц, включая внутренние поры, дефектные структуры и распределение минералов.
Агглютинаты являются типичным продуктом космического выветривания на поверхности Луны. При быстром охлаждении в них захватываются газы, формируя иерархическую пористую структуру — от нанометров до микрометров. Эта структура сопровождается множеством кристаллическо-аморфных и многофазных границ минералов, что приводит к крайне сложному внутреннему строению.
Комплексный анализ структуры и моделирование от атомного до мезоскопического уровня показали, что сформированные космическим выветриванием многоуровневые пустоты и многофазные границы совместно подавляют перенос фононов внутри агглютинатов, что и приводит к их сверхнизкой теплопроводности, отметили в CSU.
Экспериментальные результаты точных измерений теплопереноса показали, что различные типы частиц существенно отличаются по теплопроводности. Наиболее эффективными теплоизоляторами являются именно агглютинаты.
Созданная в рамках исследования экспериментальная и теоретическая база закладывает важную основу для будущих работ по изучению механизмов теплопереноса в условиях, максимально приближенных к реальной поверхности Луны.
Кроме того, работа предоставляет надежные данные о свойствах материалов для моделирования тепловой среды Луны, проектирования посадочных аппаратов и бортового оборудования, а также для управления тепловыми процессами при освоении лунных ресурсов и строительстве.