Исследование структуры ударных волн в сыпучем и монолитном андезите методом лазерной интерферометрии

Цель – характеристики андезита, минерала вулканического происхождения по структуре и химическому составу близкого к лунному реголиту, в условиях ударного сжатия при скоростях нагружения до 800 м/с.
Процедура и методы. Плоские образцы андезита подвергнуты одномерному удару ударником, получившим ускорение в пневматической метательной установке. Методом лазерной доплеровской интерферометрии измерены профили скорости свободной поверхности образцов при выходе на неё волны ударного сжатия в диапазоне давлений от 0,5 до 1,9 ГПа. Измерено время прохождения волны сжатия в образцах заданной толщины.
Результаты. Впервые получены адиабаты Гюгонио для сыпучих образцов (со средним размером зерна (80–90) микрон, с размерами зёрен от 400 микрон до нескольких сотен нанометров) и монолитного андезита при относительно малых скоростях удара от 250 до 800 м/с. Получены профили скорости поверхности на границе ‘образец – диагностическое окно’ в момент выхода волны ударного сжатия. Проведено сравнение с аналогом марсианского реголита. Обнаружено, что при массовых скоростях менее 350 м/с возникает область адиабатического сжатия, в которой имеет место только деформация вещества без фазовых переходов в нём. При давлении 1,9 ГПа обнаружен предвестник, что характерно для области упругого деформирования.
Теоретическая и/или практическая значимость. Полученные результаты важны для разработки инженерных и численных моделей свойств лунных грунтов при взаимодействии с ними спускаемых аппаратов в предстоящих экспедициях.

1. Игнатова А. М., Игнатов М. Н. Использование ресурсов реголита для освоения лунной поверхности // Международный журнал экспериментального образования. 2013. № 11-2. С. 101–110.

2. Ломоносов И. В. Уравнение состояния реголита и хондрита при высоких давлениях // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2024. Т. 515. № 1. С. 9–12. DOI: 10.31857/S2686740024020023.

3. Preparation and characterization of a specialized lunar regolith simulant for use in lunar low gravity simulation / Ruilin Li, Guoqing Zhou, Kang Yan, Jun Chen, Daqing Chen, Shangyue Cai, Pin-Qiang Mo // International Journal of Mining Science and Technology. 2022. Vol. 32. Iss. 1. P. 1–15. DOI: 10.1016/j.ijmst.2021.09.003.

4. Chemical features of the Luna 16 regolith sample / N. J. Hubbard, N. E. Nyquist, J. M. Rhodes, B. M. Bansal, H. Wiesmann, S. E. Church // Earth and Planetary Science Letters. 1972. Vol. 13. Iss. 2. P. 423–428. DOI: 10.1016/0012-821X(72)90119-7.

5. Зиборов В. С., Канель Г. И., Ростилов Т. А. Экспериментальное исследование характера деформации сферопластиков при ударном сжатии // Физика горения и взрыва. 2020. Т. 56. № 2. С. 124–129. DOI: 10.15372/FGV20200215.

6. Barker L. M., Hollenbach R. E. Laser interferometer for measuring high velocities of any reflecting surface // Journal of Applied Physics. 1972. Vol. 43. Iss. 11. P. 4669–4675. DOI: 10.1063/1.1660986.

7. Медведев А. Б., Трунин Р. Ф. Ударное сжатие пористых металлов и силикатов // Успехи физических наук. 2012. Т. 182. № 8. С. 829–846. DOI: 10.3367/UFNr.0182.201208b.0829.

8. Effect of porosity on rapid dynamic compaction of nickel nanopowder / T. Rostilov, V. Ziborov, A. Dolgoborodov, M. Kuskov // Physical Chemistry Chemical Physics. 2024. Vol. 26. Iss. 2. P. 848–855. DOI: 10.1039/D3CP04985J.

9. Ahrens T. J., Johnson M. L. Shock Wave Data for Minerals // Mineral Physics & Crystallography: A Handbook of Physical Constants. Vol. 2 / ed. T. J. Ahrens. Washington DC: American Geophysical Union, 1995. P. 143–184 (Series: AGU Reference Shelf). DOI: 10.1029/RF002p0143.

10. Impact response of physical analog of Martian regolith / V. Ziborov, T. Rostilov, E. Kronrod, Il. Kuznetsov, G. Dolnikov // International Journal of Impact Engineering. 2024. Vol. 188. Article no. 104949. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2024.104949.

11. Ahrens T. J., Cole D. M. Shock compression and adiabatic release of lunar fines from Apollo 17 // Proceedings of Fifth Lunar Science Conference (Houston, Tex., March 18-22, 1974). Vol. 3. New York: Pergamon Press, Inc., 1974. P. 2333–2345.

12. Ahrens T. J. Compaction by impact of unconsolidated lunar fines // Moon. 1975. Vol. 14. P. 291–299.