Vandens Marse ir Mėnulyje atradimas Europos ir Amerikos zondų pirmiausia yra Rusijos mokslininkų nuopelnas
Reguliariai pranešant apie vis naujas Europos ir Amerikos misijų išvadas, visuomenei nepastebima, kad daugelis šių atradimų buvo padaryti Rusijos mokslininkų, inžinierių ir dizainerių darbo dėka. Tarp tokių atradimų ypač galima pabrėžti vandens pėdsakų aptikimą arčiausiai mūsų esančių ir, kaip anksčiau atrodė, visiškai sausų dangaus kūnų - Mėnulio ir Marso. Būtent rusiški neutronų detektoriai, dirbantys su svetimais prietaisais, padėjo čia rasti vandens, o ateityje jie padės organizuoti pilotuojamas ekspedicijas. Rusijos mokslų akademijos Kosmoso tyrimų instituto (IKI) Branduolinės fizikos prietaisų laboratorijos vadovas Maksimas Mokrousovas „Russian Planet“pasakojo, kodėl Vakarų kosmoso agentūros renkasi rusiškus neutronų detektorius.
- Erdvėlaiviai, skriejantys aplink orbitą, nusileidę ir roveriai, turi visą instrumentų rinkinį: spektrometrus, aukščio matuoklius, dujų chromatografus ir tt Kodėl daugelyje jų neutroniniai detektoriai yra rusiški? Kokia to priežastis?
- Taip yra dėl mūsų projektų pergalės atviruose konkursuose, kuriuos vykdo tokių misijų organizatoriai. Kaip ir mūsų konkurentai, mes pateikiame pasiūlymą ir bandome įrodyti, kad mūsų įrenginys yra optimalus tam įrenginiui. Ir dabar kelis kartus mums pavyko.
Mūsų įprastas varžovas tokiuose konkursuose yra Los Alamos nacionalinė laboratorija, ta pati, kurioje buvo įgyvendintas Manheteno projektas ir sukurta pirmoji atominė bomba. Bet, pavyzdžiui, mūsų laboratorija buvo specialiai pakviesta pagaminti neutronų detektorių MSL (Curiosity) roveriui, sužinojus apie mūsų turimas naujas technologijas. DAN, sukurtas amerikietiškam roveriui, tapo pirmuoju neutronų detektoriumi su aktyvia dalelių generacija. Tiesą sakant, jis susideda iš dviejų dalių - paties detektoriaus ir generatoriaus, kuriame į labai didelį greitį įsibėgėję elektronai pataiko į tričio taikinį, ir iš tikrųjų įvyksta visavertė, nors ir miniatiūrinė, branduolinė reakcija, kai išsiskiria neutronai.
Amerikiečiai nežino, kaip gaminti tokius generatorius, tačiau jį sukūrė mūsų kolegos iš Maskvos automatikos tyrimų instituto, pavadinto Dukhovo vardu. Sovietmečiu tai buvo pagrindinis centras, kuriame buvo kuriami branduolinių galvučių saugikliai, o šiandien dalis jo produktų skirta civiliniams, komerciniams tikslams. Apskritai tokie detektoriai su generatoriais naudojami, pavyzdžiui, tiriant naftos atsargas - ši technologija vadinama neutronų registravimu. Mes tiesiog pasirinkome šį metodą ir naudojome jį roveriui; iki šiol niekas to nepadarė.
Aktyvus neutronų detektorius DAN
Naudojimas: Marso mokslo laboratorija / „Curiosity“(NASA) roveris, nuo 2012 m. Svoris: 2,1 kg (neutronų detektorius), 2,6 kg (neutronų generatorius). Energijos sąnaudos: 4,5 W (detektorius), 13 W (generatorius). Pagrindiniai rezultatai: surišto vandens aptikimas žemėje 1 m gylyje palei roverio trasą.
Maksimas Mokrousovas: „Beveik visu 10 kilometrų keliu, kurį praeina roveris, viršutiniuose dirvožemio sluoksniuose vandens paprastai buvo 2–5 proc. Tačiau šių metų gegužę jis užklupo vietą, kurioje vandens yra daug kartų daugiau arba yra neįprastų cheminių medžiagų. Roveris buvo dislokuotas ir grąžintas į įtartiną vietą. Dėl to paaiškėjo, kad ten dirvožemis yra tikrai neįprastas Marsui ir susideda daugiausia iš silicio oksido “.
- Su karta viskas yra beveik aišku. O kaip vyksta pats neutronų aptikimas?
- Mes aptinkame mažos energijos neutronus su proporcingais skaitikliais, paremtais heliu-3- jie veikia DAN, LEND, MGNS ir visuose kituose mūsų įrenginiuose. Helio-3 įstrigęs neutronas „suskaido“savo šerdį į dvi daleles, kurios paspartinamos magnetiniame lauke ir sukuria lavinos reakciją, o išeinant-srovės impulsą (elektronus).
Maksimas Mokrousovas ir Sergejus Kapitsa. Nuotrauka: iš asmeninio archyvo
Didelės energijos neutronai aptinkami scintiliatoriuje pagal blyksnius, kuriuos jie sukuria atsitrenkę, dažniausiai organinį plastiką, pvz., Stilbeną. Na, gama spinduliai gali aptikti kristalus lantano ir bromo pagrindu. Tuo pačiu metu neseniai pasirodė dar efektyvesni kristalai, kurių pagrindą sudaro ceris ir bromas, mes juos naudojame viename iš naujausių mūsų detektorių, tame, kuris skris į Merkurijų kitais metais.
- Ir vis dėlto kodėl Vakarų spektrografai parenkami lygiai tose pačiose atvirose Vakarų kosmoso agentūrų varžybose, kiti instrumentai taip pat yra vakarietiški, o neutronų detektoriai ne kartą yra rusiški?
- Apskritai viskas susiję su branduoline fizika: šioje srityje mes vis dar išlieka viena pirmaujančių pasaulio šalių. Tai ne tik apie ginklus, bet ir apie susijusių technologijų masę, kuria užsiima mūsų mokslininkai. Net sovietmečiu mums pavyko čia pasiekti tokį gerą pagrindą, kad net dešimtajame dešimtmetyje nebuvo įmanoma visko visiškai prarasti, tačiau šiandien vėl didiname tempą.
Reikėtų suprasti, kad Vakarų agentūros už šiuos mūsų įrenginius nemoka nė cento. Visi jie pagaminti iš „Roscosmos“pinigų, kaip mūsų indėlio į užsienio misijas. Mainais už tai mes gauname aukštą tarptautinių kosmoso tyrimų projektų dalyvių statusą, be to, pirmenybę teikiame tiesioginei prieigai prie mokslinių duomenų, kuriuos renka mūsų instrumentai.
Šiuos rezultatus perduodame po apdorojimo, todėl esame pagrįstai laikomi visų mūsų prietaisų dėka padarytų išvadų bendraautoriais. Todėl visi aukšto lygio įvykiai, aptikę vandens buvimą Marse ir Mėnulyje, jei ne visiškai, tai daugeliu atžvilgių yra mūsų rezultatas.
Galime dar kartą prisiminti vieną iš pirmųjų mūsų detektorių HEND, kuris vis dar veikia Amerikos zonde „Mars Odyssey“. Būtent jo dėka pirmą kartą buvo sudarytas vandenilio kiekio žemėlapis Raudonosios planetos paviršiniuose sluoksniuose.
HEND neutronų spektrometras
Naudojimas: erdvėlaivis „Mars Odyssey“(NASA), nuo 2001 m. Svoris: 3,7 kg. Energijos sąnaudos: 5,7 W. Pagrindiniai rezultatai: vandens ledo pasiskirstymo aukštoje platumoje žemėlapiai Marso šiaurėje ir pietuose, kurių skiriamoji geba yra apie 300 km, sezoninių cirkuliarinių dangtelių pokyčių stebėjimas.
Maksimas Mokrousovas: „Be klaidingo kuklumo galiu pasakyti, kad Marso Odisėjoje, kuri netrukus bus orbitoje 15 metų, beveik visi instrumentai jau pradėjo veikti netinkamai, ir tik mūsiškiai toliau dirba be problemų. Jis veikia kartu su gama detektoriumi, efektyviai atstovaujantis vienam instrumentui, apimantis platų dalelių energijos spektrą “.
- Kadangi mes kalbame apie rezultatus, kokias mokslines užduotis atlieka tokie prietaisai?
- Neutronai yra labiausiai jautrios vandeniliui dalelės, ir jei jo atomai yra bet kurioje dirvožemio vietoje, neutronus veiksmingai slopina jų branduoliai. Mėnulyje ar Marse juos gali sukurti galaktiniai kosminiai spinduliai arba skleisti specialus neutronų pistoletas, o mes iš tikrųjų matuojame dirvožemio atspindėtus neutronus: kuo jų mažiau, tuo daugiau vandenilio.
Na, o vandenilis, savo ruožtu, greičiausiai yra vanduo, gana grynos užšaldytos formos arba susietas su hidratuotų mineralų sudėtimi. Grandinė paprasta: neutronai - vandenilis - vanduo, todėl pagrindinė mūsų neutronų detektorių užduotis yra būtent vandens atsargų paieška.
Esame praktiški žmonės, ir visas šis darbas atliekamas būsimoms pilotuojamoms misijoms į tą patį Mėnulį ar Marsą, jų vystymuisi. Jei nusileisite ant jų, vanduo, žinoma, yra svarbiausias išteklius, kurį reikės pristatyti arba išgauti vietoje. Elektros energiją galima gauti iš saulės baterijų ar branduolinių šaltinių. Vanduo yra sunkesnis: pavyzdžiui, pagrindinis krovinys, kurį krovininiai laivai šiandien turi pristatyti į TKS, yra vanduo. Kiekvieną kartą jie paima 2–2,5 tonos.
LEND neutronų detektorius
Naudojimas: „Lunar Reconnaissance Orbiter“(NASA) erdvėlaivis, nuo 2009 m. Svoris: 26,3 kg. Energijos suvartojimas: 13W Pagrindiniai rezultatai: potencialių vandens rezervų atradimas Pietų Mėnulio ašigalyje; pasaulinio Mėnulio neutronų spinduliuotės žemėlapio, kurio erdvinė skiriamoji geba yra 5–10 km, sudarymas.
Maksimas Mokrousovas: „LEND mes jau panaudojome kolimatorių boro-10 ir polietileno pagrindu, kuris blokuoja neutronus prietaiso matymo lauko šonuose. Tai daugiau nei dvigubai padidino detektoriaus masę, tačiau tai leido pasiekti didesnę skiriamąją gebą stebint Mėnulio paviršių - manau, kad tai buvo pagrindinis prietaiso privalumas, kuris leido mums vėl apeiti savo kolegas iš Los Alamoso “.
- Kiek tokių prietaisų jau pagaminta? Ir kiek planuojama?
- Juos lengva išvardyti: jie jau veikia HEND „Mars Odyssey“ir LEND Mėnulio LRO, „DAN“- „Curiosity rover“, taip pat BTN-M1, įdiegtą TKS. Prie to verta pridėti NS-HEND detektorių, kuris tapo Rusijos zondo „Phobos-Grunt“dalimi ir, deja, kartu su juo buvo prarastas. Dabar skirtingais pasirengimo etapais turime dar keturis tokius įrenginius.
BTN-M1. Nuotrauka: Kosmoso tyrimų institutas RAS
Pirmasis iš jų - kitą vasarą - skraidys FREND detektoriumi, jis taps bendros misijos su ES „ExoMars“dalimi. Ši misija yra labai plataus masto, joje bus orbiteris, nusileidimo lėktuvas ir mažas roveris, kuris bus paleistas atskirai 2016–2018 m. FREND dirbs prie orbitinio zondo, o mes naudojame tą patį kolimatorių, kaip ir Mėnulio LEND, kad matuotume vandens kiekį Marse tokiu pat tikslumu, kaip ir Mėnuliui. Tuo tarpu šiuos Marso duomenis turime tik gana apytiksliai.
Gyvsidabrio gama ir neutronų spektrometras (MGNS), kuris veiks su „BepiColombo“zondu, jau seniai buvo paruoštas ir perduotas mūsų Europos partneriams. Planuojama, kad paleidimas įvyks 2017 m., O paskutiniai prietaiso terminio vakuumo bandymai jau atliekami kaip erdvėlaivio dalis.
Taip pat ruošiame instrumentus Rusijos misijoms-tai du ADRON detektoriai, kurie veiks kaip „Luna-Glob“nusileidimo transporto priemonių dalis, o vėliau-„Luna-Resurs“. Be to, veikia BTN-M2 detektorius. Ji ne tik atliks stebėjimus TKS, bet ir sudarys sąlygas įvairiems metodams ir medžiagoms, kaip veiksmingai apsaugoti astronautus nuo kosminės spinduliuotės neutronų komponento.
BTN-M1 neutronų detektorius
Naudojimas: Tarptautinė kosminė stotis („Roscosmos“, NASA, ESA, JAXA ir kt.), Nuo 2007 m. Svoris: 9,8 kg. Energijos suvartojimas: 12,3 W Pagrindiniai rezultatai: buvo sudaryti neutronų srautų žemėlapiai netoli TKS, buvo įvertinta radiacijos situacija stotyje, susijusi su Saulės veikla, buvo atliktas eksperimentas kosminiams gama spinduliams užregistruoti.
Maksimas Mokrousovas: „Dalyvaudami šiame projekte buvome gana nustebinti: juk iš tikrųjų skirtingos radiacijos formos yra skirtingos dalelės, įskaitant elektronus, protonus ir neutronus. Tuo pat metu paaiškėjo, kad radiacijos pavojaus neutronų komponentas dar nėra tinkamai išmatuotas, ir tai yra ypač pavojinga jo forma, nes neutronus labai sunku atkurti naudojant įprastus metodus “.
- Kiek šie prietaisai gali būti vadinami rusiškais? Ar juose yra didelė vidaus gamybos elementų ir dalių dalis?
- Čia, IKI RAS, buvo sukurta visavertė mechaninė gamyba. Mes taip pat turime visas būtinas bandymo priemones: smūgio stovą, vibracijos stovą, terminio vakuumo kamerą ir kamerą, skirtą elektromagnetinio suderinamumo bandymams … Tiesą sakant, mums reikia tik atskirų komponentų trečiosios šalies gamybos, pavyzdžiui, spausdintinės plokštės. Mums tai padeda partneriai iš Elektronikos ir kompiuterių inžinerijos tyrimų instituto (NIITSEVT) ir keletas komercinių įmonių.
Žinoma, anksčiau mūsų instrumentai turėjo daug, apie 80%importuotų komponentų. Tačiau dabar mūsų gaminami nauji prietaisai yra beveik visiškai surinkti iš buitinių komponentų. Manau, kad artimiausiu metu juose bus ne daugiau kaip 25% importo, o ateityje galėsime dar mažiau priklausyti nuo užsienio partnerių.
Galiu pasakyti, kad vidaus mikroelektronika pastaraisiais metais padarė tikrą šuolį į priekį. Prieš aštuonerius metus mūsų šalyje mūsų užduotims tinkamos elektroninės plokštės apskritai nebuvo gaminamos. Dabar yra Zelenogrado įmonės „Angstrem“, „Elvis“ir „Milandr“, yra Voronežo NIIET - pasirinkimas yra pakankamas. Mums tapo lengviau kvėpuoti.
Labiausiai įžeidžiantis dalykas yra absoliuti mūsų detektorių priklausomybė nuo scintiliatoriaus kristalų gamintojų. Kiek žinau, juos bandoma auginti viename iš Černogolovkos institutų netoli Maskvos, tačiau jiems dar nepavyko pasiekti reikiamų itin gryno kristalo matmenų ir tūrio. Todėl šiuo atžvilgiu vis dar turime pasikliauti Europos partneriais, tiksliau-Saint-Gobain koncernu. Tačiau šioje rinkoje koncernas yra visiškas monopolistas, todėl visas pasaulis lieka priklausomas.
