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달 지하 얼음 층 존재 가능조건 검토를 위한 달 지반 온도 프로파일 산정 연구
A Study on the Lunar Ground Temperature Profile for Investigation of Possible Condition of the Ice Layer Existence in Sub-surface of the Moon 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.39 no.6, 2019년, pp.801 - 809  

고규현 (금오공과대학교 토목공학과) ,  이장근 (한국건설기술연구원 미래융합연구본부) ,  신휴성 (한국건설기술연구원 미래융합연구본부)

초록
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2009년 NASA에서 수행된 달 극지 탐사 미션을 통해 달 극지의 영구음영지역에 얼음 층이 존재한다는 증거가 발견되었다. 이후, 달 극지 지역 얼음 층 탐사를 위한 지반 특성 평가 연구들이 국내외적으로 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 달 영구음영지역의 지반온도변화를 예측하고, 얼음 층이 지반 온도 프로파일에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고자 달 지반에 대한 비정상 상태 열 해석을 수행하였다. 수치해석결과를 통해 위도 86° 이상에서 달 지반 내부의 온도가 얼음승화 기준온도인 112 K 이하로 수렴한다는 것을 확인하였고, 이는 달 극지 내 얼음 층이 존재하고 있을 가능성이 높은 지역을 확률적으로 판단할 수 있는 근거가 되었다. 얼음 층이 매장되어 있는 깊이에 따라 지반 온도 프로파일에 미치는 영향정도가 다르게 나타났는데, 온도 편차가 큰 얕은 심도에 존재하는 얼음 층은 이질적인 온도분포 특성을 초래한다는 사실을 확인하였다. 또한, 본 연구는 매장된 얼음의 상을 보존하도록 하는 드릴 비트의 최대 허용 마찰열에 대해서 고찰하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

NASA's lunar polar exploration mission in 2009 confirmed the presence of ice-layer in the permanently shadowed regions (PSR) of the moon. Since then, studies have been actively conducted to evaluate the ground characteristics for exploring the ice-layer in the polar regions of the Moon. In this stud...

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문제 정의

  • 본 연구에서는 달 지반의 열 특성 정보를 파악하고 내부 온도를 평가할 수 있는 2차원 열전달 해석을 수행하였다. 기존에 달 지반의 온도 산정과 관련된 해석 연구가 수행된 바 있지만(Hayne et al.2017) 본 연구에서는 새로운 모델 개발보다는 기 개발된 모델의 확장 및 활용에 주안점을 두어 달의 위도 별 지반의 내부 온도평가를 통해 이론적으로 얼음 층이 존재할 가능성이 큰 지형학적 조건을 제시하고자 하였다. 또한, 달 지반 내 존재하는 얼음 층탐측을 위해 개발 중인 드릴 시추조사 조건을 감안하여(Lee etal.
  • 본 연구에서는 달 지반 온도 프로파일 산정 및 드릴 비트 마찰열에 의한 달 지반 온도 교란을 평가하고자 비정상상태의 유한요소해석을 수행하였다. 해석을 통해 달 주간 표면 온도는 입사 태양 복사와의 복사평형에 의해 좌우되는 반면, 야간 온도는 지반 내부와의 열전도에 의해 지배됨을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 달 지반의 열 특성 정보를 파악하고 내부 온도를 평가할 수 있는 2차원 열전달 해석을 수행하였다. 기존에 달 지반의 온도 산정과 관련된 해석 연구가 수행된 바 있지만(Hayne et al.
  • 본 연구에서는 달 지반의 온도변화 및 시추 드릴 비트 마찰에 의한 지반 온도 교란을 평가하고자 비정상상태 열 전달해석(transient heat transfer analysis)을 수행하였다. 모델에 적용된 구성방정식 및 경계조건은 Hayne et al.
  • 본 연구에서는 비정상상태의 열전달 해석을 통해 달 지표면 및 지반내부의 온도를 평가하였다. Fig.
  • 한편, 본 연구에서는 달의 극 지역 지반에 드릴비트의 마찰열이 지속적으로 가해졌을 때 지반온도교란에 미치는 영향을 평가하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
달 탐사의 역할은? 달 탐사는 우주 기술 발전의 가속화를 견인하며 심 우주 탐사를 위한 디딤돌 역할을 한다. 최근 아시아 신흥 우주국을 포함한 우주 강국들은 세계 우주개발 시장에서 기술적 우위를 확보하고 시장을 선점하고자 앞다퉈 달 탐사에 뛰어 들고 있다.
달 주간 표면 온도에 영향을 주는 요인은? 본 연구에서는 달 지반 온도 프로파일 산정 및 드릴 비트 마찰열에 의한 달 지반 온도 교란을 평가하고자 비정상상태의 유한요소해석을 수행하였다. 해석을 통해 달 주간 표면 온도는 입사 태양 복사와의 복사평형에 의해 좌우되는 반면, 야간 온도는 지반 내부와의 열전도에 의해 지배됨을 확인하였다. 또한, 달의 위도 별 지반 내부 온도 분포를 평가하여 달 지반에 매장된 얼음이 항구적으로 상을 유지하고 있을 수 있는 지형학적 조건을 평가한 후 드릴비트 마찰열이 지반 온도에 미치는 영향에 대해서 정량적으로 분석하였다.
영구음영지역에 얼음 층이 존재한다는 증거가 발견되어 기대할 수 있는 효과는? , 2012). 달 극지에 존재하는 얼음을 전기분해하여 얻어질 수소와 산소는 심 우주 탐사를 위한 로켓의 추진 연료로 이용될 수 있기에 천문학적인 비용이 소모되어왔던 심 우주탐사 미션에 큰 비용절감 효과를 기대할 수 있게 되었다. 이러한 이유로 극지 탐사를 위한 달 지반의 과학적 정보에 대한 관심이 증대되고 있고, 특히 달 지반의 열 특성 정보와 관련된 연구들이 활발히 수행되고 있다(Fig.
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참고문헌 (24)

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