rușii pe Marte
Descoperirea apei pe Marte și pe Lună de către sondele europene și americane este în primul rând meritul oamenilor de știință ruși
În spatele rapoartelor regulate despre tot mai multe descoperiri făcute de misiunile europene și americane, scapă atenției publicului că multe dintre aceste descoperiri au fost făcute datorită muncii oamenilor de știință, inginerilor și designerilor ruși. Printre astfel de descoperiri, se poate evidenția în special descoperirea de urme de apă pe cele mai apropiate de noi și, așa cum părea înainte, corpuri cerești complet uscate - Luna și Marte. Detectoarele rusești de neutroni, care lucrează la vehicule străine, au ajutat să găsească apă aici și, în viitor, vor ajuta la furnizarea de expediții cu echipaj. Maxim Mokrousov, doctor în Fizică și Matematică, a spus Planetei Ruse de ce agențiile spațiale occidentale preferă detectoarele de neutroni rusești.
- Navele spațiale - atât rovere orbitale, cât și de coborâre și planetare - transportă seturi întregi de instrumente: spectrometre, altimetre, gaz-cromatografe, etc. De ce detectorii de neutroni de pe multe dintre ele sunt ruși? Cu ce este legat?
— Acest lucru se datorează victoriei proiectelor noastre în licitații deschise susținute de organizatorii unor astfel de misiuni. La fel ca concurenții noștri, trimitem o ofertă și încercăm să dovedim că dispozitivul nostru este optim pentru acest dispozitiv. Și acum de mai multe ori am reușit cu succes.
Rivalul nostru obișnuit în astfel de competiții este Laboratorul Național Los Alamos, același în care a fost implementat Proiectul Manhattan și a fost creată prima bombă atomică. Dar, de exemplu, laboratorul nostru a fost invitat special să realizeze un detector de neutroni pentru roverul MSL (Curiosity), după ce a aflat despre noua tehnologie pe care o aveam. Creat pentru roverul american Marte, DAN a devenit primul detector de neutroni cu generare de particule active. De fapt, constă din două părți - detectorul în sine și generatorul, în care electronii accelerați la viteze foarte mari lovesc o țintă de tritiu și, de fapt, are loc o reacție termonucleară cu drepturi depline, deși miniaturală, odată cu eliberarea de neutroni.
Americanii nu știu să facă astfel de generatoare, dar colegii noștri de la Institutul de Cercetare de Automatizare din Moscova, numit după Duhov, l-au creat. În anii sovietici, a fost un centru-cheie în care au fost dezvoltate „siguranțe” pentru focoase nucleare, iar astăzi unele dintre produsele sale sunt în scopuri civile, comerciale. În general, astfel de detectoare cu generatoare sunt utilizate, de exemplu, în explorarea rezervelor de petrol - această tehnologie se numește înregistrarea neutronilor. Am luat această abordare și am folosit-o pentru rover; pana acum nimeni nu a facut asta.
Detector activ de neutroni DAN
Utilizare: roverul Mars Science Laboratory/Curiosity (NASA), din 2012 până în prezent. Greutate: 2,1 kg (detector de neutroni), 2,6 kg (generator de neutroni). Consum de energie: 4,5 W (detector), 13 W (generator). Rezultate principale: detectarea apei legate în sol la o adâncime de până la 1 m de-a lungul traseului roverului.
Maxim Mokrousov: „De-a lungul aproape întregului traseu de 10 kilometri parcurs de rover, apă se găsea de obicei în straturile superioare ale solului, 2–5%. Cu toate acestea, în luna mai a acestui an, a dat peste o zonă în care fie este mult mai multă apă, fie sunt prezente niște substanțe chimice neobișnuite. Rover-ul a fost întors și a revenit într-un loc suspect. Drept urmare, s-a dovedit că solul de acolo este cu adevărat neobișnuit pentru Marte și constă în principal din oxid de siliciu.
- Odată cu generația, totul este aproximativ clar. Și cum are loc detectarea neutronilor?
— Detectăm neutroni cu energie scăzută cu contoare proporționale cu heliu-3 — aceștia funcționează în DAN, LEND, MGNS și în toate celelalte instrumente ale noastre. Un neutron care a căzut în heliu-3 „își rupe” nucleul în două particule, care sunt apoi accelerate într-un câmp magnetic, creând o reacție de avalanșă și, la ieșire, un impuls de curent (electron).
Maxim Mokrousov și Serghei Kapitsa. Foto: Din arhiva personală
Neutronii de înaltă energie sunt detectați în scintilator prin fulgerările pe care le creează atunci când îl lovesc - de obicei un plastic organic, cum ar fi stilbenul. Ei bine, razele gamma fac posibilă detectarea cristalelor pe bază de lantan și brom. În același timp, au apărut recent cristale și mai eficiente pe bază de ceriu și brom, le folosim într-unul dintre cele mai recente detectoare ale noastre, într-unul care va zbura la Mercur anul viitor.
- Și totuși de ce în aceleași competiții deschise ale agențiilor spațiale occidentale sunt selectate spectrografe occidentale, alte instrumente sunt tot occidentale, iar detectorii de neutroni sunt ruși din nou și din nou?
— În general, totul ține de fizica nucleară: în acest domeniu, rămânem în continuare una dintre cele mai importante țări din lume. Nu este vorba doar despre arme, dar și despre masa de tehnologii conexe în care sunt angajați oamenii de știință. Chiar și sub URSS, am reușit să obținem un început atât de bun aici, încât nici în anii 1990 nu a fost posibil să pierdem totul complet, dar astăzi creștem din nou ritmul.
În același timp, trebuie înțeles că agențiile occidentale nu plătesc nici un ban pentru aceste dispozitive ale noastre. Toate sunt făcute pentru banii lui Roskosmos, ca contribuție la misiunile străine. În schimb, primim un statut ridicat de participanți la proiecte internaționale de explorare a spațiului și, în plus, acces direct prioritar la datele științifice pe care instrumentele noastre le colectează.
Transmitem aceste rezultate după procesare, prin urmare suntem considerați pe drept co-autori ai tuturor constatărilor care au fost făcute datorită dispozitivelor noastre. Prin urmare, toate evenimentele de mare profil cu descoperirea prezenței apei pe Marte și pe Lună sunt, dacă nu în totalitate, atunci în multe privințe rezultatul nostru.
Ne putem aminti din nou unul dintre primii noștri detectoare, HAND, care încă funcționează la bordul sondei americane Mars Odyssey. Datorită lui, a fost realizată pentru prima dată o hartă a conținutului de hidrogen din straturile de suprafață ale Planetei Roșii.
Spectrometru cu neutroni MÂNĂ
Utilizare: sonda spațială Mars Odyssey (NASA), din 2001 până în prezent. Greutate: 3,7 kg. Consum de energie: 5,7 W. Rezultate principale: hărți la latitudini mari ale distribuției gheții de apă în nordul și sudul lui Marte cu o rezoluție de aproximativ 300 km, observarea schimbărilor sezoniere în calotele polare.
Maxim Mokrousov: „Fără falsă modestie, pot spune că pe Mars Odyssey, care se află pe orbită de 15 ani, aproape toate dispozitivele au început deja să se defecteze, iar numai ale noastre continuă să funcționeze fără probleme. Funcționează în tandem cu detectorul gamma, de fapt, reprezentând un singur instrument cu acesta, acoperind o gamă largă de energii ale particulelor.”
- Întrucât vorbim despre rezultate, ce fel de sarcini științifice îndeplinesc astfel de dispozitive?
„Neutronii sunt particulele cele mai sensibile la hidrogen, iar dacă atomii săi sunt prezenți oriunde în sol, neutronii sunt efectiv decelerati de nucleele lor. Pe Lună sau Marte, ele pot fi create de razele cosmice galactice sau emise de un tun special cu neutroni, iar noi măsurăm de fapt neutronii reflectați de sol: cu cât sunt mai puțini, cu atât mai mult hidrogen.
Ei bine, hidrogenul, la rândul său, este cel mai probabil apă, fie într-o formă relativ pură înghețată, fie legată în compoziția mineralelor hidratate. Lanțul este simplu: neutroni - hidrogen - apă, așa că sarcina principală a detectorilor noștri de neutroni este tocmai căutarea rezervelor de apă.
Suntem oameni practici, iar toată această muncă se face pentru viitoarele misiuni cu echipaj uman pe aceeași Lună sau pe Marte, pentru explorarea lor. Dacă aterizați pe ele, atunci apa, desigur, este cea mai importantă resursă pe care va trebui fie să o livrați, fie să o extrageți pe loc. Electricitatea poate fi generată folosind panouri solare sau surse nucleare. Este mai dificil cu apa: de exemplu, principala marfă pe care navele de marfă trebuie să o livreze astăzi către ISS este apa. Se iau 2-2,5 tone de fiecare dată.
Detector de neutroni LEND
Utilizare: Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA), 2009 până în prezent. Greutate: 26,3 kg. Consum de energie: 13 W. Rezultate principale: descoperirea unor potențiale rezerve de apă la Polul Sud al Lunii; construirea unei hărți globale a radiației neutronice a Lunii cu o rezoluție spațială de 5–10 km.
Maxim Mokrousov: „În LEND, am folosit deja un colimator bazat pe bor-10 și polietilenă, care blochează neutronii de pe părțile laterale ale câmpului vizual al instrumentului. A dublat mai mult decât masa detectorului, dar ne-a permis să obținem o rezoluție mai mare atunci când observăm suprafața Lunii - cred că acesta a fost principalul avantaj al dispozitivului, care ne-a permis să ocolim din nou colegii din Los Alamos.
- Câte dintre aceste dispozitive au fost deja fabricate? Și cât de mult este planificat?
- Este ușor să le enumerați: aceștia operează deja HEND pe orbiterul marțian Mars Odyssey și LEND pe LRO lunar, DAN pe roverul Curiosity, precum și BTN-M1 instalat pe ISS. Merită să adăugați detectorul NS-HAND, care făcea parte din sonda rusă Phobos-Grunt și, din păcate, s-a pierdut odată cu acesta. Acum avem încă patru astfel de dispozitive în diferite stadii de pregătire.
BTN-M1. Foto: Institutul de Cercetare Spațială al Academiei Ruse de Științe
Primul dintre ele, deja vara viitoare, va fi detectorul FREND, care va deveni parte a misiunii ExoMars în comun cu UE. Această misiune este foarte ambițioasă, va include un orbiter, un lander și un mic rover, care vor fi lansate separat în perioada 2016-2018. FREND va lucra la o sondă în orbită, iar pe ea vom folosi același colimator ca pe LEND lunar pentru a măsura conținutul de apă de pe Marte cu aceeași precizie ca și pentru Lună. Până acum, avem aceste date pentru Marte doar într-o aproximare destul de aproximativă.
Spectrometrul cu mercur gamma și neutroni (MGNS), care va funcționa pe sonda BepiColombo, este de mult gata și predat partenerilor noștri europeni. Este planificat ca lansarea să aibă loc în 2017, în timp ce ultimele teste de vid termic ale instrumentului sunt deja efectuate ca parte a navei spațiale.
De asemenea, pregătim instrumente pentru misiunile rusești - acestea sunt două detectoare ADRON care vor funcționa ca parte a vehiculelor de coborâre Luna-Glob și apoi Luna-Resource. În plus, detectorul BTN-M2 este în funcțiune. Nu numai că va efectua observații la bordul ISS, dar va face și posibilă elaborarea diferitelor metode și materiale pentru protecția eficientă a astronauților de componenta neutronică a radiației cosmice.
Detector de neutroni BTN-M1
Utilizare: Stația Spațială Internațională (Roscosmos, NASA, ESA, JAXA etc.), din 2007. Greutate: 9,8 kg. Consum de energie: 12,3 W. Rezultate principale: au fost construite hărți ale fluxurilor de neutroni din vecinătatea ISS, a fost evaluată situația radiațiilor la stație în legătură cu activitatea Soarelui, se desfășoară un experiment pentru detectarea exploziilor de raze gamma cosmice.
Maxim Mokrousov: „După ce am început acest proiect, am fost destul de surprinși: la urma urmei, de fapt, diferitele forme de radiație sunt particule diferite, inclusiv electroni, protoni și neutroni. În același timp, s-a dovedit că nimeni nu a măsurat încă corect componenta neutronică a pericolului de radiație și aceasta este forma sa deosebit de periculoasă, deoarece neutronii sunt extrem de greu de protejat prin metode convenționale.
- Cum pot fi numite aceste dispozitive rusești? Există o proporție mare de elemente și părți din producția internă în ele?
- S-a stabilit aici, la IKI RAS, o producție mecanică cu drepturi depline. Avem, de asemenea, toate facilitățile de testare necesare: un suport de șoc, un suport de vibrații, o cameră de vid termic și o cameră de compatibilitate electromagnetică ... De fapt, avem nevoie doar de producție terță parte pentru componente individuale - să zicem, plăci de circuite imprimate. Suntem asistați în acest sens de parteneri de la Institutul de Cercetare de Inginerie Electronică și Calculatoare (NIITsEVT), o serie de întreprinderi comerciale.
Anterior, desigur, instrumentele noastre aveau o mulțime, undeva în jur de 80%, din componente importate. Cu toate acestea, acum noile dispozitive pe care le producem sunt deja aproape complet asamblate din componente casnice. Cred că în viitorul apropiat nu vor fi mai mult de 25% din importuri în ele, iar pe viitor vom putea depinde și mai puțin de partenerii străini.
Pot spune că microelectronica casnică a făcut un adevărat salt înainte în ultimii ani. În urmă cu opt ani, la noi, nu se produceau deloc plăci electronice adecvate sarcinilor noastre. Acum există întreprinderile Zelenograd „Angstrem”, „Elvis” și „Milandr”, există Voronezh NIIET - alegerea este suficientă. Ne-a devenit mai ușor să respirăm.
Cel mai enervant lucru este dependența necondiționată de producătorii de cristale scintilatoare pentru detectoarele noastre. Din câte știu, se încearcă cultivarea lor într-unul dintre institutele din Cernogolovka, lângă Moscova, dar până acum nu au reușit să atingă dimensiunile cerute, volume ale unui cristal ultrapur. Prin urmare, în acest sens, trebuie să ne bazăm în continuare pe partenerii europeni, mai exact, pe concernul Saint-Gobain. Cu toate acestea, preocuparea este un monopolist complet pe această piață, așa că întreaga lume rămâne într-o poziție dependentă.
informații