A víz felfedezése a Marson és a Holdon európai és amerikai szondák által elsősorban orosz tudósok érdeme
Az európai és amerikai missziók újabb és újabb leleteiről szóló rendszeres jelentések mögött elkerüli a nyilvánosság figyelmét, hogy e felfedezések nagy része orosz tudósok, mérnökök és tervezők munkájának köszönhető. Az ilyen felfedezések közül különösen kiemelhető a víznyomok észlelése a hozzánk legközelebb eső, és ahogy korábban látszott, a teljesen száraz égitesteken - a Holdon és a Marson. A külföldi eszközökön dolgozó orosz neutrondetektorok segítettek itt vizet találni, és a jövőben segítenek a személyzettel ellátott expedíciók biztosításában. Maxim Mokrousov, a RAS Űrkutatási Intézet (IKI) Nukleáris Fizikai Eszközök Laboratóriumának vezetője elmondta az Orosz Bolygónak, hogy a nyugati űrügynökségek miért részesítik előnyben az orosz neutrondetektorokat.
- Az űrhajók - keringő, leszálló és roverok - egész műszereket hordoznak: spektrométereket, magasságmérőket, gázkromatográfokat stb. Miért vannak orosz neutrondetektorok? Mi ennek az oka?
- Ez annak köszönhető, hogy nyílt pályázatokon nyertük el a projektjeinket, amelyeket az ilyen küldetések szervezői hajtanak végre. A versenytársainkhoz hasonlóan mi is ajánlatot nyújtunk be, és megpróbáljuk bizonyítani, hogy eszközünk optimális az adott eszközhöz. És most többször is sikerrel jártunk.
Szokásos riválisunk az ilyen versenyeken a Los Alamos Nemzeti Laboratórium, ugyanaz, ahol a Manhattan -projektet hajtották végre, és megalkották az első atombombát. De például laboratóriumunkat meghívták, hogy készítsen neutrondetektorot az MSL (Curiosity) roverhez, miután megismerkedtünk az új technológiával. Az amerikai rover számára kifejlesztett DAN lett az első aktív részecske -generáló neutrondetektor. Valójában két részből áll - magából az érzékelőből és a generátorból, amelyben a nagyon nagy sebességre felgyorsult elektronok eltalálják a trícium -célt, és valójában teljes értékű, bár miniatűr, termonukleáris reakció következik be a neutronok felszabadulásával.
Az amerikaiak nem tudják, hogyan kell ilyen generátorokat készíteni, de azt a moszkvai Dukhov nevű automatizálási kutatóintézet munkatársai készítették. A szovjet időkben kulcsfontosságú központ volt, ahol nukleáris robbanófejek biztosítékait fejlesztették ki, ma termékeinek egy része polgári, kereskedelmi célokra szolgál. Általában ilyen generátoros detektorokat használnak például az olajkészletek feltárására - ezt a technológiát neutronnaplózásnak nevezik. Mi csak ezt a megközelítést választottuk és használtuk a roverhez; ezt eddig senki sem tette.
Aktív neutrondetektor DAN
Használat: Mars Science Laboratory / Curiosity (NASA) rover, 2012 -től napjainkig. Súly: 2,1 kg (neutrondetektor), 2,6 kg (neutrongenerátor). Energiafogyasztás: 4,5 W (érzékelő), 13 W (generátor). Főbb eredmények: kötött víz kimutatása a talajban 1 m mélységben a rover útvonala mentén.
Maxim Mokrousov: „Szinte az egész 10 kilométeres út mentén, amelyet a rover átvett, a talaj felső rétegeiben lévő víz általában 2–5%-os volt. Idén májusban azonban egy olyan területre bukkant, ahol vagy sokkal több víz van, vagy szokatlan vegyszerek vannak jelen. A rovert bevetették, és visszatértek egy gyanús helyre. Ennek eredményeként kiderült, hogy a talaj valóban szokatlan a Mars számára, és főleg szilícium -oxidból áll."
- A generációval nagyjából minden világos. És hogyan történik a neutron észlelése?
- Alacsony energiájú neutronokat észlelünk hélium-3 alapú arányos számlálókkal- működnek a DAN, LEND, MGNS és minden más eszközünkben. A hélium-3 csapdába esett neutron magját két részre "bontja", amelyeket ezután mágneses mezőben gyorsítanak fel, lavinareakciót és a kilépéskor áramimpulzust (elektronokat) hozva létre.
Maxim Mokrousov és Szergej Kapitsa. Fotó: személyes archívumból
Nagy energiájú neutronokat észlelnek a szcintillátorban azok a villanások, amelyeket az ütéskor keltenek - általában szerves műanyag, például sztilbén. Nos, a gamma -sugarak képesek észlelni a lantánon és brómon alapuló kristályokat. Ugyanakkor a közelmúltban még hatékonyabb cérium- és bróm -alapú kristályok jelentek meg, ezeket használjuk egyik legutóbbi detektorunkban, amely jövőre a Merkúrba repül.
- És mégis miért választják a nyugati spektrográfokat a nyugati űrügynökségek pontosan ugyanazokon a nyílt versenyein, más műszerek is nyugati, a neutrondetektorok pedig újra és újra oroszok?
- Nagyjából minden az atomfizikáról szól: ezen a területen továbbra is a világ egyik vezető országa maradunk. Ez nem csak a fegyverekről szól, hanem a kapcsolódó technológiák tömegéről is, amelyekben tudósaink részt vesznek. Még a szovjet korszakban is olyan jó alapokat sikerült elérnünk itt, hogy még a kilencvenes években sem lehetett mindent teljesen elveszíteni, de ma ismét növeljük a tempót.
Meg kell érteni, hogy maguk a nyugati ügynökségek egy fillért sem fizetnek ezekért az eszközeinkért. Mindegyiket a Roscosmos pénzéből készítik, a külföldi missziókhoz való hozzájárulásunkként. Ennek fejében magas rangú résztvevőket kapunk a nemzetközi űrkutatási projektekben, emellett kiemelt közvetlen hozzáférést biztosítunk a műszereink által gyűjtött tudományos adatokhoz.
Ezeket az eredményeket a feldolgozás után továbbítjuk, ezért jogosan tekintünk társszerzőnek minden olyan megállapításra, amely az eszközeinknek köszönhetően született. Ezért a Marson és a Holdon lévő víz jelenlétének észlelésével járó minden kiemelt esemény, ha nem is teljesen, de sok tekintetben a mi eredményünk.
Ismét felidézhetjük egyik első detektorunkat, a HEND -et, amely még mindig működik az amerikai Mars Odyssey szonda fedélzetén. Neki köszönhető, hogy először összeállították a Vörös Bolygó felszíni rétegeinek hidrogéntartalmának térképét.
HEND neutron spektrométer
Használat: Mars Odyssey (NASA) űrhajó, 2001 -től napjainkig. Súly: 3,7 kg. Energiafogyasztás: 5,7 W Főbb eredmények: nagy szélességi körű térképek a vízi jég eloszlásáról a Mars északi és déli részén, körülbelül 300 km felbontással, a cirkuláris sapkák szezonális változásának megfigyelése.
Maxim Mokrousov: „Hamis szerénység nélkül azt mondhatom, hogy a Mars Odyssey -n, amely rövidesen 15 év körüli pályára kerül, szinte minden műszer már elkezdett hibásan működni, és csak a miénk működik gond nélkül. Párhuzamosan működik egy gamma -érzékelővel, és gyakorlatilag egyetlen műszert képvisel vele, és lefedi a részecskék energiájának széles skáláját."
- Mivel az eredményekről beszélünk, milyen tudományos feladatokat látnak el az ilyen eszközök?
- A neutronok azok a részecskék, amelyek a legérzékenyebbek a hidrogénre, és ha atomjai bárhol jelen vannak a talajban, akkor a neutronokat hatékonyan gátolják magjaik. A Holdon vagy a Marson galaktikus kozmikus sugarak hozhatják létre, vagy speciális neutronfegyver bocsáthatja ki őket, és valójában mérjük a talaj által visszavert neutronokat: minél kevesebb van, annál több hidrogén.
Nos, a hidrogén viszont nagy valószínűséggel víz, vagy viszonylag tiszta fagyasztott formában, vagy hidratált ásványi anyagok összetételében. A lánc egyszerű: neutronok - hidrogén - víz, ezért neutronérzékelőink fő feladata éppen a vízkészletek felkutatása.
Gyakorlatias emberek vagyunk, és ezt a munkát a jövőbeli emberes küldetésekre végzik ugyanazon Holdra vagy Marsra, fejlődésük érdekében. Ha rájuk száll, akkor a víz természetesen a legjelentősebb erőforrás, amelyet vagy szállítani, vagy helyben kell kitermelni. Az áramot napelemekből vagy nukleáris forrásokból lehet beszerezni. A víz nehezebb: például a fő rakomány, amelyet a teherhajóknak ma az ISS -nek kell szállítania, a víz. Minden alkalommal 2–2,5 tonna.
LEND neutron detektor
Használat: Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA) űrszonda, 2009 -től napjainkig. Súly: 26,3 kg. Energiafogyasztás: 13W Főbb eredmények: potenciális vízkészletek felfedezése a Hold déli pólusán; a Hold neutron sugárzásának globális térképének elkészítése 5-10 km -es térbeli felbontással.
Maxim Mokrousov: „A LEND-ben már használtunk bór-10-en és polietilénen alapuló kollimátort, amely blokkolja a neutronokat az eszköz látómezejének oldalain. Több mint kétszeresére növelte az érzékelő tömegét, de lehetővé tette a nagyobb felbontás elérését a Hold felszínének megfigyelésekor - azt hiszem, ez volt az eszköz fő előnye, amely lehetővé tette számunkra, hogy ismét megkerüljük Los Alamos kollégáit."
- Hány ilyen eszköz készült már? És mennyit terveznek?
- Könnyen felsorolhatók: már a HAND-ot működtetik a Mars Odyssey-n és a LEND-et a holdi LRO-n, a DAN-t a Curiosity rover-en, valamint az ISS-re telepített BTN-M1-et. Érdemes ehhez hozzáadni az NS-HEND detektort, amely az orosz "Phobos-Grunt" szondába került, és sajnos vele együtt elveszett. Most, a készültség különböző szakaszaiban van még négy ilyen eszközünk.
BTN-M1. Fotó: Űrkutató Intézet RAS
Az első - jövő nyáron - a FREND detektort fogja repülni, ez lesz az EU ExoMars -szal közös küldetés része. Ez a küldetés nagyon nagy léptékű, tartalmaz majd egy keringőt, egy leszállót és egy kis rovert, amelyeket 2016-2018 között külön indítanak el. A FREND egy keringő szondán fog dolgozni, és ugyanazt a kollimátort használjuk, mint a Hold LEND -et, hogy a Mars víztartalmát ugyanolyan pontossággal mérjük, mint a Hold esetében. Időközben ezek az adatok a Marsra vonatkozóan csak meglehetősen durva közelítésben állnak rendelkezésünkre.
A BepiColombo szondán működő Merkúr gamma- és neutron -spektrométer (MGNS) már rég készen áll, és átadják európai partnereinknek. A tervek szerint az indításra 2017 -ben kerül sor, míg a műszer utolsó termikus vákuumpróbái már folyamatban vannak az űrhajó részeként.
Készítünk műszereket az orosz missziókhoz is-ez két ADRON-érzékelő, amelyek a Luna-Glob leszálló járművek részeként fognak működni, majd a Luna-Resurs. Ezenkívül a BTN-M2 érzékelő működik. Ez nemcsak megfigyeléseket végez az ISS fedélzetén, hanem lehetővé teszi különböző módszerek és anyagok kidolgozását az űrhajósok hatékony védelmére a kozmikus sugárzás neutronkomponensével szemben.
BTN-M1 neutron detektor
Használat: Nemzetközi Űrállomás (Roscosmos, NASA, ESA, JAXA, stb.), 2007 óta. Súly: 9,8 kg. Energiafogyasztás: 12,3 W A fő eredmények: elkészítették a térképeket az ISS környezetében található neutronáramokról, az állomás sugárzási helyzetét a Nap aktivitásával összefüggésben értékelték, kísérletet végeztek a kozmikus gammasugár-kitörések regisztrálására.
Maxim Mokrousov: „Miután részt vettünk ebben a projektben, meglepődtünk: elvégre a sugárzás különböző formái különböző részecskék, beleértve az elektronokat, a protonokat és a neutronokat. Ugyanakkor kiderült, hogy a sugárveszély neutronkomponensét még nem mérték fel megfelelően, és ez különösen veszélyes formája, mert a neutronokat rendkívül nehéz hagyományos módszerekkel szűrni."
- Magukat ezeket az eszközöket mennyire lehet orosznak nevezni? Magas -e bennük a hazai termelés elemeinek és részeinek aránya?
- Itt, az IKI RAS-nál teljes értékű mechanikai gyártást hoztak létre. Rendelkezünk minden szükséges vizsgálati lehetőséggel is: sokkoló állvány, vibrációs állvány, termikus vákuumkamra és egy kamra az elektromágneses kompatibilitás teszteléséhez … Valójában csak egyedi gyártású alkatrészek gyártására van szükségünk - például nyomtatott áramkörök. Ebben segítenek az Elektronikai és Számítástechnikai Kutatóintézet (NIITSEVT) partnerei és számos kereskedelmi vállalkozás.
Korábban természetesen műszereinkben sok, mintegy 80%-a volt az importált alkatrészeknek. Most azonban az általunk gyártott új készülékek szinte teljesen hazai alkatrészekből vannak összeszerelve. Úgy gondolom, hogy a közeljövőben az import legfeljebb 25% -a lesz bennük, és a jövőben még kevésbé számíthatunk a külföldi partnerekre.
Mondhatom, hogy a hazai mikroelektronika valódi ugrást tett előre az elmúlt években. Nyolc évvel ezelőtt hazánkban egyáltalán nem gyártottak feladatainknak megfelelő elektronikus táblákat. Most vannak a zelenogradi vállalkozások "Angstrem", "Elvis" és "Milandr", van Voronezh NIIET - a választás elegendő. Könnyebben lélegeztünk.
A leginkább sértő dolog abszolút függőség a detektorok szcintillátor kristályainak gyártóitól. Amennyire én tudom, megpróbálják termeszteni őket a Moszkva melletti Csernogolovka egyik intézetében, de még nem sikerült elérniük a szuper tiszta kristály szükséges méreteit és térfogatait. Ezért e tekintetben továbbra is az európai partnerekre kell hagyatkoznunk, pontosabban a Saint-Gobain konszernre. Ezen a piacon azonban a konszern teljes monopolista, ezért az egész világ függő helyzetben marad.
