Descoperirea apei pe Marte și Lună de către sondele europene și americane este în primul rând un merit al oamenilor de știință ruși
În spatele rapoartelor periodice despre tot mai multe descoperiri noi 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 mod special detectarea urmelor de apă pe cele mai apropiate de noi și, așa cum se părea anterior, corpuri cerești complet uscate - Luna și Marte. Detectorii de neutroni ruși, care lucrau pe dispozitive străine, au contribuit la găsirea apei aici, iar în viitor vor ajuta la asigurarea expedițiilor cu echipaj. Maxim Mokrousov, șeful Laboratorului Dispozitivelor de Fizică Nucleară de la Institutul de Cercetări Spațiale (IKI), RAS, a declarat pentru Planeta Rusă de ce agențiile spațiale occidentale preferă detectoarele de neutroni ruși.
- Vehiculele spațiale - care orbitează, aterizează și rulează - poartă seturi întregi de instrumente: spectrometre, altimetre, cromatografe de gaze etc. De ce sunt detectoarele de neutroni pe multe dintre ele rusești? Care este motivul pentru aceasta?
- Acest lucru se datorează victoriei proiectelor noastre la licitații deschise, care sunt realizate de organizatorii unor astfel de misiuni. La fel ca concurenții noștri, trimitem o ofertă și încercăm să dovedim că dispozitivul nostru este optim pentru dispozitivul dat. Și acum de câteva 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 rover-ul MSL (Curiosity), aflând despre noua tehnologie pe care o aveam. Creat pentru roverul american, DAN a devenit primul detector de neutroni cu generare activă de particule. De fapt, este alcătuit din două părți - detectorul în sine și generatorul, în care electronii accelerați la viteze foarte mari lovesc ținta de tritiu și, de fapt, are loc o reacție termonucleară completă, deși miniatură, cu eliberarea de neutroni.
Americanii nu știu cum să producă astfel de generatoare, dar au fost create de colegii noștri de la Institutul de Cercetare pentru Automatizare din Moscova, numit după Dukhov. În epoca sovietică, era un centru cheie în care erau dezvoltate siguranțele pentru focoase nucleare, iar astăzi o parte din 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. Tocmai am luat această abordare și am folosit-o pentru rover; până acum nimeni nu a făcut asta.
Detector activ de neutroni DAN
Utilizare: Mars Science Laboratory / Curiosity (NASA) rover, 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 pământ la o adâncime de 1 m de-a lungul traseului roverului.
Maxim Mokrousov: „De-a lungul aproape întregii poteci de 10 kilometri parcurși de rover, apa din straturile superioare ale solului a fost de obicei găsită de 2-5%. Cu toate acestea, în luna mai a acestui an, a dat peste o zonă în care fie există mult mai multă apă, fie sunt prezente unele substanțe chimice neobișnuite. Roverul a fost desfășurat și s-a întors într-o locație suspectă. Drept urmare, sa dovedit că solul de acolo este cu adevărat neobișnuit pentru Marte și constă în principal din oxid de siliciu."
- Cu generația, totul este aproximativ clar. Și cum are loc detectarea neutronilor în sine?
- Detectăm neutroni cu energie redusă cu contoare proporționale pe bază de heliu-3 - funcționează în DAN, LEND, MGNS și în toate celelalte dispozitive ale noastre. Un neutron prins în heliu-3 își „rupe” miezul în două particule, care sunt apoi accelerate într-un câmp magnetic, creând o reacție de avalanșă și, la ieșire, un impuls de curent (electroni).
Maxim Mokrousov și Sergey Kapitsa. Foto: Din arhiva personală
Neutronii cu energie ridicată sunt detectați în scintilator prin flashurile pe care le creează atunci când îl lovesc - de obicei plastic organic, cum ar fi stilbenul. Ei bine, razele gamma pot detecta cristale 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 cei mai recenți detectori ai noștri, care vor zbura către Mercur anul viitor.
- Și totuși, de ce sunt alese spectrografiile occidentale în exact aceleași competiții deschise ale agențiilor spațiale occidentale, alte instrumente sunt, de asemenea, occidentale, iar detectoarele de neutroni sunt rusești de nenumărate ori?
- În general, este vorba de fizică nucleară: în acest domeniu, rămânem încă una dintre țările de frunte din lume. Nu este vorba doar despre arme, ci și despre masa tehnologiilor conexe în care sunt implicați oamenii de știință. Chiar și în epoca sovietică, am reușit să realizăm o bază atât de bună aici încât nici în anii 1990 nu a fost posibil să pierdem totul complet, dar astăzi creștem din nou ritmul.
Ar trebui să se înțeleagă că agențiile occidentale în sine nu plătesc nici un ban pentru aceste dispozitive noastre. Toate sunt făcute cu banii lui Roscosmos, ca contribuție a noastră la misiunile externe. În schimb, primim un statut ridicat de participanți la proiecte internaționale de explorare spațială 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 bună dreptate coautorii tuturor constatărilor care au fost făcute datorită dispozitivelor noastre. Prin urmare, toate evenimentele de profil înalt cu detectarea prezenței apei pe Marte și Lună sunt, dacă nu în întregime, atunci în multe privințe rezultatul nostru.
Ne putem aminti din nou unul dintre primii noștri detectori, HEND, care funcționează încă la bordul sondei americane Mars Odyssey. Datorită lui a fost întocmită pentru prima dată o hartă a conținutului de hidrogen din straturile de suprafață ale Planetei Roșii.
Spectrometru de neutroni HEND
Utilizare: nava spațială Mars Odyssey (NASA), din 2001 până în prezent. Greutate: 3, 7 kg. Consum de energie: 5,7 W. Rezultate principale: hărți cu latitudine mare a distribuției gheții de apă în nordul și sudul lui Marte cu o rezoluție de aproximativ 300 km, observarea modificărilor sezoniere ale capacelor circumpolare.
Maxim Mokrousov: „Fără falsă modestie, pot spune că pe Mars Odyssey, care va fi în curând pe orbită timp de 15 ani, aproape toate instrumentele au început deja să funcționeze defectuos și doar ale noastre continuă să funcționeze fără probleme. Funcționează în tandem cu un detector gamma, reprezentând efectiv un singur instrument cu el, acoperind o gamă largă de energii ale particulelor."
- Întrucât vorbim despre rezultate, ce fel de sarcini științifice sunt îndeplinite de astfel de dispozitive?
- Neutronii sunt particulele cele mai sensibile la hidrogen și, dacă atomii săi sunt prezenți oriunde în sol, neutronii sunt efectiv inhibați de nucleii lor. Pe Lună sau pe Marte, ele pot fi create prin raze cosmice galactice sau emise de un pistol special de neutroni și 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 înghețată relativ pură, fie legată în compoziția mineralelor hidratate. Lanțul este simplu: neutroni - hidrogen - apă, prin urmare sarcina principală a detectoarelor noastre de neutroni este tocmai căutarea rezervelor de apă.
Suntem oameni practici și toată această muncă se face pentru viitoarele misiuni cu echipaj pe aceeași Lună sau Marte, pentru dezvoltarea lor. Dacă aterizați pe ele, atunci, desigur, apa este cea mai semnificativă resursă care va trebui fie livrată, fie extrasă local. Electricitatea poate fi obținută din panouri solare sau surse nucleare. Apa este mai dificilă: de exemplu, marfa principală pe care navele de marfă trebuie să o livreze astăzi la ISS este apa. De fiecare dată când iau 2–2,5 tone.
Detector de neutroni LEND
Utilizare: nava spațială Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA), 2009 până în prezent. Greutate: 26,3 kg. Consum de energie: 13W Principalele rezultate: descoperirea unor rezerve potențiale 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 pe bază de bor-10 și polietilenă, care blochează neutronii pe laturile câmpului vizual al dispozitivului. Acesta a dublat mai mult decât masa detectorului, dar a făcut posibilă obținerea unei rezoluții mai mari la observarea suprafeței lunare - cred că acesta a fost principalul avantaj al dispozitivului, care ne-a permis să ne ocolim din nou colegii din Los Alamos."
- Câte astfel de dispozitive au fost deja fabricate? Și cât este planificat?
- Sunt ușor de enumerat: funcționează deja HAND pe Mars Odyssey și LEND pe LRO lunar, DAN pe roverul Curiosity, precum și BTN-M1 instalat pe ISS. Merită adăugat la acesta detectorul NS-HEND, care a fost inclus în sonda rusă „Phobos-Grunt” și, din păcate, a fost pierdut odată cu acesta. Acum, în diferite etape de pregătire, avem încă patru astfel de dispozitive.
BTN-M1. Foto: Space Research Institute RAS
Primul dintre ei - vara viitoare - va zbura detectorul FREND, va deveni parte a misiunii comune cu ExoMars UE. Această misiune este foarte mare, va include un orbitator, un lander și un mic rover, care vor fi lansate separat în perioada 2016-2018. FREND va lucra la o sondă orbitantă, iar pe ea vom folosi același colimator ca și pe LUN LUN pentru a măsura conținutul de apă pe Marte cu aceeași precizie cu care a fost făcut pentru Lună. Între timp, avem aceste date pentru Marte doar într-o aproximare destul de dură.
Spectrometrul Mercurian gamma și neutron (MGNS), care va funcționa pe sonda BepiColombo, a fost mult timp 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 în desfășurare ca parte a navei spațiale.
De asemenea, pregătim instrumente pentru misiuni rusești - acestea sunt două detectoare ADRON, care vor funcționa ca parte a vehiculelor de coborâre Luna-Glob și apoi Luna-Resurs. În plus, detectorul BTN-M2 este în funcțiune. Nu numai că va efectua observații la bordul ISS, dar va face 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: 12,3W Principalele rezultate: s-au construit hărți ale fluxurilor de neutroni în vecinătatea ISS, situația radiațiilor la stație a fost evaluată în legătură cu activitatea Soarelui, s-a efectuat un experiment de înregistrare a exploziilor de raze gamma cosmice.
Maxim Mokrousov: „După ce ne-am angajat în acest proiect, am fost destul de surprinși: la urma urmei, de fapt, diferite forme de radiații sunt particule diferite, inclusiv electroni, protoni și neutroni. În același timp, s-a dovedit că componenta neutronică a pericolului de radiație nu a fost încă măsurată în mod corespunzător, iar aceasta este o formă deosebit de periculoasă, deoarece neutronii sunt extrem de dificil de examinat folosind metode convenționale."
- În ce măsură aceste dispozitive pot fi numite rusești? Ponderea elementelor și a părților producției interne este ridicată în ele?
- O producție mecanică completă a fost stabilită aici, la IKI RAS. De asemenea, avem toate facilitățile de testare necesare: un suport de șoc, un suport de vibrații, o cameră de vid termic și o cameră pentru testarea compatibilității electromagnetice … De fapt, avem nevoie doar de producție de la terți pentru componente individuale - de exemplu, plăci cu circuite imprimate. Partenerii de la Institutul de Cercetare a Tehnologiei Electronice și a Calculatoarelor (NIITSEVT) și o serie de întreprinderi comerciale ne ajută în acest sens.
Anterior, desigur, instrumentele noastre aveau o mulțime, aproximativ 80%, de componente importate. Cu toate acestea, acum noile dispozitive pe care le producem sunt aproape complet asamblate din componente domestice. Cred că în viitorul apropiat nu vor exista mai mult de 25% din importuri în acestea și, în viitor, vom putea depinde și mai puțin de partenerii străini.
Pot spune că microelectronica internă a făcut un adevărat salt înainte în ultimii ani. În urmă cu opt ani, în țara noastră, plăcile electronice potrivite pentru sarcinile noastre nu erau produse deloc. Acum există întreprinderile Zelenograd „Angstrem”, „Elvis” și „Milandr”, există Voronezh NIIET - alegerea este suficientă. Ne-a devenit mai ușor să respirăm.
Cel mai jignitor lucru este dependența absolută de producătorii de cristale scintilatoare pentru detectoarele noastre. Din câte știu, se încearcă creșterea lor într-unul din institutele din Cernogolovka de lângă Moscova, dar nu au reușit încă să atingă dimensiunile și volumele necesare unui cristal super pur. Prin urmare, în această privință, trebuie să ne bazăm în continuare pe partenerii europeni, mai precis, pe preocuparea Saint-Gobain. Cu toate acestea, pe această piață preocuparea este un monopolist complet, prin urmare întreaga lume rămâne într-o poziție dependentă.
