Rusi na Marse

Rusi na Marse
Rusi na Marse

Video: Rusi na Marse

Video: Rusi na Marse
Video: 25 самых удивительных боевых машин армии США 2024, Marec
Anonim
Rusi na Marse
Rusi na Marse

Objav vody na Marse a Mesiaci európskymi a americkými sondami je predovšetkým zásluhou ruských vedcov

Za pravidelnými správami o ďalších a ďalších nových nálezoch uskutočnených európskymi a americkými misiami uniká pozornosti verejnosti, že mnohé z týchto objavov boli urobené vďaka práci ruských vedcov, inžinierov a dizajnérov. Medzi takýmito objavmi možno obzvlášť vyzdvihnúť detekciu stôp vody na najbližších k nám, a ako sa predtým zdalo, úplne suché nebeské telesá - Mesiac a Mars. Práve ruské detektory neutrónov pracujúce na cudzích zariadeniach tu pomohli nájsť vodu a v budúcnosti pomôžu zabezpečiť expedície s posádkou. Maxim Mokrousov, vedúci laboratória zariadení jadrovej fyziky na Ústave vesmírneho výskumu (IKI), RAS, povedal pre Ruskú planétu, prečo západné vesmírne agentúry preferujú ruské detektory neutrónov.

- Kozmické lode - obiehajúce, pristávajúce a rovery - nesú celé sady nástrojov: spektrometre, výškomery, plynové chromatografy atď. Prečo sú detektory neutrónov na mnohých z nich ruské? Čo je toho dôvodom?

- Je to kvôli víťazstvu našich projektov v otvorených tendroch, ktoré realizujú organizátori takýchto misií. Rovnako ako naši konkurenti predkladáme ponuku a snažíme sa dokázať, že naše zariadenie je pre dané zariadenie optimálne. A teraz sa nám to niekoľkokrát úspešne podarilo.

Našim obvyklým súperom v týchto súťažiach je Los Alamos National Laboratory, to isté, kde bol implementovaný projekt Manhattan a kde bola vytvorená prvá atómová bomba. Naše laboratórium bolo napríklad špeciálne pozvané na výrobu neutrónového detektora pre rover MSL (Curiosity), pretože sa dozvedelo o novej technológii, ktorú sme mali. Vytvorený pre americký rover, DAN sa stal prvým detektorom neutrónov s aktívnou generáciou častíc. V skutočnosti sa skladá z dvoch častí - samotného detektora a generátora, v ktorom elektróny zrýchlené na veľmi vysoké rýchlosti zasiahnu cieľ trícia a v skutočnosti dochádza k plnohodnotnej, aj keď miniatúrnej, termonukleárnej reakcii s uvoľňovaním neutrónov.

Američania nevedia vyrobiť také generátory, ale vytvorili ho naši kolegovia z Moskovského výskumného ústavu automatizácie pomenovaného po Dukhovovi. V sovietskych časoch to bolo kľúčové stredisko, kde sa vyvinuli poistky pre jadrové hlavice a dnes je časť jeho výrobkov určená na civilné, komerčné účely. Vo všeobecnosti sa takéto detektory s generátormi používajú napríklad pri skúmaní zásob ropy - táto technológia sa nazýva ťažba neutrónov. Práve sme zvolili tento prístup a použili sme ho pre rover; doteraz to nikto neurobil.

Aktívny detektor neutrónov DAN

Použitie: rover Mars Science Laboratory / Curiosity (NASA), 2012 až doteraz. Hmotnosť: 2,1 kg (detektor neutrónov), 2,6 kg (neutrónový generátor). Príkon: 4,5 W (detektor), 13 W (generátor). Hlavné výsledky: detekcia viazanej vody v zemi v hĺbke 1 m po trase rovera.

Maxim Mokrousov: „Na takmer celej 10-kilometrovej ceste, ktorou rover prešiel, sa voda v horných vrstvách pôdy obvykle nachádzala v rozmedzí 2–5%. V máji tohto roku však narazil na oblasť, v ktorej je buď oveľa viac vody, alebo sú tam prítomné niektoré neobvyklé chemikálie. Rover bol nasadený a vrátil sa na podozrivé miesto. Výsledkom bolo, že sa ukázalo, že tamojšia pôda je pre Mars skutočne neobvyklá a pozostáva hlavne z oxidu kremičitého. “

- S generovaním je všetko zhruba jasné. A ako prebieha samotná detekcia neutrónov?

- Nízkoenergetické neutróny detegujeme proporcionálnymi čítačmi na báze hélia-3- pracujú v DAN, LEND, MGNS a vo všetkých našich ďalších zariadeniach. Neutrón uväznený v héliu-3 „rozbije“svoje jadro na dve častice, ktoré sa potom zrýchlia v magnetickom poli, čím sa vytvorí lavínová reakcia a na výstupe prúdový impulz (elektróny).

Obrázok
Obrázok

Maxim Mokrousov a Sergej Kapitsa. Foto: Z osobného archívu

Vysokoenergetické neutróny sú v scintilátore detegované zábleskami, ktoré vytvoria pri dopade - zvyčajne organický plast, napríklad stilbene. Gama lúče môžu detegovať kryštály na báze lantánu a brómu. Súčasne sa v poslednom čase objavili ešte účinnejšie kryštály na báze céru a brómu, používame ich v jednom z našich najnovších detektorov, ktoré budúci rok poletia k Merkúru.

- A napriek tomu, prečo sú západné spektrografy vyberané v presne rovnakých otvorených súťažiach západných vesmírnych agentúr, ostatné prístroje sú tiež západné a detektory neutrónov sú stále znova ruskými?

- Celkovo je to všetko o jadrovej fyzike: v tejto oblasti stále zostávame jednou z vedúcich krajín na svete. Nie je to len o zbraniach, ale aj o množstve súvisiacich technológií, ktorými sa naši vedci zaoberajú. Ešte za sovietskej éry sa nám tu podarilo dosiahnuť také dobré základy, že ani v 90. rokoch nebolo možné úplne stratiť všetko, ale dnes opäť zvyšujeme tempo.

Malo by byť zrejmé, že samotné západné agentúry za tieto naše zariadenia neplatia ani cent. Všetky sú vyrobené z peňazí Roscosmosu, ako nášho príspevku do zahraničných misií. Výmenou za to získavame vysoký status účastníkov medzinárodných projektov prieskumu vesmíru a navyše prednostný priamy prístup k vedeckým údajom, ktoré naše nástroje zbierajú.

Tieto výsledky prenášame po spracovaní, a preto sme oprávnene považovaní za spoluautorov všetkých zistení, ktoré boli dosiahnuté vďaka našim zariadeniam. Preto sú všetky významné udalosti s detekciou prítomnosti vody na Marse a Mesiaci, ak nie úplne, potom v mnohých ohľadoch naším výsledkom.

Ešte raz si môžeme pripomenúť jeden z našich prvých detektorov HEND, ktorý stále funguje na palube americkej sondy Mars Odyssey. Vďaka nemu bola prvýkrát zostavená mapa obsahu vodíka v povrchových vrstvách Červenej planéty.

HEND neutrónový spektrometer

Použitie: kozmická loď Mars Odyssey (NASA), 2001 až doteraz. Hmotnosť: 3,7 kg. Príkon: 5,7 W. Hlavné výsledky: mapy šírky vodného ľadu s vysokou šírkou na severe a juhu Marsu s rozlíšením asi 300 km, pozorovanie sezónnych zmien v cirkumpolárnych čiapkach.

Maxim Mokrousov: „Bez falošnej skromnosti môžem povedať, že na Marse Odyssey, ktorá bude čoskoro na obežnej dráhe 15 rokov, už takmer všetky prístroje začali nesprávne fungovať a iba ten náš naďalej funguje bez problémov. Pracuje v tandeme s gama detektorom, ktorý v skutočnosti predstavuje jeden nástroj a pokrýva široký rozsah energií častíc."

- Keďže hovoríme o výsledkoch, aké vedecké úlohy vykonávajú tieto zariadenia?

- Neutróny sú častice najcitlivejšie na vodík, a ak sú jeho atómy prítomné kdekoľvek v pôde, neutróny sú účinne inhibované svojimi jadrami. Na Mesiaci alebo na Marse môžu byť vytvorené galaktickými kozmickými lúčmi alebo môžu byť emitované špeciálnym neutrónovým delom a v skutočnosti meriame neutróny odrážané pôdou: čím menej ich je, tým viac vodíka.

Vodík je zase s najväčšou pravdepodobnosťou voda, buď v relatívne čistej mrazenej forme, alebo viazaný v zložení hydratovaných minerálov. Reťazec je jednoduchý: neutróny - vodík - voda, preto je hlavnou úlohou našich neutrónových detektorov práve hľadanie zásob vody.

Sme praktickí ľudia a všetka táto práca sa vykonáva pre budúce misie s posádkou na ten istý Mesiac alebo Mars, pre ich rozvoj. Ak na nich pristanete, potom je voda, samozrejme, najdôležitejším zdrojom, ktorý bude potrebné dodať alebo extrahovať lokálne. Elektrinu je možné získať zo solárnych panelov alebo jadrových zdrojov. Voda je ťažšia: napríklad hlavným nákladom, ktorý musia nákladné lode dnes dodať ISS, je voda. Zakaždým to odoberú 2–2,5 tony.

Detektor neutrónov LEND

Použitie: kozmická loď Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA), 2009 až doteraz. Hmotnosť: 26,3 kg. Spotreba energie: 13W Hlavné výsledky: objav potenciálnych zásob vody na južnom póle Mesiaca; konštrukcia globálnej mapy neutrónového žiarenia Mesiaca s priestorovým rozlíšením 5–10 km.

Maxim Mokrousov: „V LENDe sme už použili kolimátor na báze bóru-10 a polyetylénu, ktorý blokuje neutróny po stranách zorného poľa zariadenia. Viac než zdvojnásobil hmotnosť detektora, ale umožnil dosiahnuť vyššie rozlíšenie pri pozorovaní mesačného povrchu - myslím, že to bola hlavná výhoda zariadenia, ktoré nám umožnilo opäť obísť našich kolegov z Los Alamos. “

- Koľko takýchto zariadení už bolo vyrobených? A koľko sa plánuje?

- Ich zoznam je ľahký: už prevádzkujú RUČNE na Mars Odyssey a LEND na lunárnom LRO, DAN na roveri Curiosity a BTN-M1 nainštalovanom na ISS. Stojí za to pridať k tomu detektor NS-HEND, ktorý bol zahrnutý v ruskej sonde „Phobos-Grunt“a bohužiaľ sa spolu s ním stratil. Teraz, v rôznych fázach pripravenosti, máme ďalšie štyri takéto zariadenia.

Obrázok
Obrázok

BTN-M1. Foto: Výskumný ústav vesmíru RAS

Prvý z nich - budúce leto - poletí na detektore FREND, stane sa súčasťou spoločnej misie s EU ExoMars. Táto misia je veľmi rozsiahla a bude zahŕňať orbiter, lander a malý rover, ktorý bude vypustený samostatne v rokoch 2016-2018. FREND bude pracovať na orbitálnej sonde a na nej použijeme rovnaký kolimátor ako na lunárnom LENDe na meranie obsahu vody na Marse s rovnakou presnosťou, s akou sa to robilo pre Mesiac. Medzitým máme tieto údaje pre Mars iba v dosť hrubej aproximácii.

Mercurianov gama a neutrónový spektrometer (MGNS), ktorý bude fungovať na sonde BepiColombo, je už dávno pripravený a odovzdaný našim európskym partnerom. Plánuje sa, že štart bude v roku 2017, pričom v rámci kozmickej lode už prebiehajú posledné testy tepelného vákua prístroja.

Pripravujeme tiež nástroje na ruské misie-sú to dva detektory ADRON, ktoré budú fungovať ako súčasť zostupových vozidiel Luna-Glob, a potom Luna-Resurs. Detektor BTN-M2 je navyše v prevádzke. Bude nielen vykonávať pozorovania na palube ISS, ale umožní tiež vypracovať rôzne metódy a materiály na účinnú ochranu astronautov pred neutrónovou zložkou kozmického žiarenia.

BTN-M1 neutrónový detektor

Použitie: Medzinárodná vesmírna stanica (Roscosmos, NASA, ESA, JAXA atď.), Od roku 2007. Hmotnosť: 9,8 kg. Spotreba energie: 12,3W Hlavné výsledky: boli zostrojené mapy tokov neutrónov v blízkosti ISS, radiačná situácia na stanici bola hodnotená v súvislosti s aktivitou Slnka, prebiehal experiment na registráciu výbuchov kozmického gama žiarenia.

Maxim Mokrousov: „Po zapojení sa do tohto projektu sme boli celkom prekvapení: Koniec koncov, v skutočnosti sú rôzne formy žiarenia rôznymi časticami vrátane elektrónov a protónov a neutrónov. Súčasne sa ukázalo, že neutrónová zložka radiačného nebezpečenstva ešte nebola správne zmeraná, a je to obzvlášť nebezpečná forma, pretože neutróny je extrémne ťažké skrínovať konvenčnými metódami. “

- Do akej miery môžu byť tieto zariadenia samy nazývané ruské? Je v nich podiel prvkov a častí domácej produkcie vysoký?

- Tu, v IKI RAS, bola založená plnohodnotná mechanická výroba. Máme tiež všetky potrebné testovacie zariadenia: šokový stojan, vibračný stojan, tepelnú vákuovú komoru a komoru na testovanie elektromagnetickej kompatibility … V skutočnosti potrebujeme iba výrobu tretích strán pre jednotlivé komponenty - napríklad dosky plošných spojov. Pomáhajú nám s tým partneri z Výskumného ústavu elektronickej a počítačovej technológie (NIITSEVT) a radu komerčných podnikov.

Predtým naše nástroje mali veľa, asi 80%, dovážaných komponentov. Teraz sú však nové zariadenia, ktoré vyrábame, takmer úplne zostavené z domácich komponentov. Myslím si, že v blízkej budúcnosti v nich nebude viac ako 25% dovozu a v budúcnosti budeme môcť na zahraničných partnerov závisieť ešte menej.

Môžem povedať, že domáca mikroelektronika urobila v posledných rokoch skutočný skok vpred. Pred ôsmimi rokmi sa v našej krajine elektronické dosky vhodné pre naše úlohy vôbec nevyrábali. Teraz existujú zelenogradské podniky „Angstrem“, „Elvis“a „Milandr“, existuje Voronezh NIIET - výber je dostatočný. Začalo sa nám ľahšie dýchať.

Najurážlivejšou vecou je absolútna závislosť od výrobcov scintilačných kryštálov pre naše detektory. Pokiaľ viem, robia sa pokusy o ich pestovanie v jednom z ústavov Chernogolovky pri Moskve, ale zatiaľ sa im nepodarilo dosiahnuť požadované rozmery a objemy superčistého kryštálu. V tomto ohľade sa preto musíme stále spoliehať na európskych partnerov, presnejšie na koncern Saint-Gobain. Na tomto trhu je však koncern úplným monopolistom, a preto je celý svet v závislej pozícii.

Odporúča: