Vee avastamine Marsilt ja Kuult Euroopa ja Ameerika sondide poolt on ennekõike Venemaa teadlaste teene
Euroopa ja Ameerika esinduste tehtud uute leidude regulaarsete teadete taga jääb avalikkuse tähelepanu alt välja, et paljud neist avastustest tehti tänu Vene teadlaste, inseneride ja disainerite tööle. Selliste avastuste hulgas võib eriti esile tõsta veejälgede avastamist meile kõige lähemal ja, nagu varem tundus, täiesti kuivadel taevakehadel - Kuul ja Marsil. Just vene neutronidetektorid, kes töötasid välismaiste seadmetega, aitasid siit vett leida ja tulevikus aitavad nad mehitatud ekspeditsioone ette näha. RAS -i kosmoseuuringute instituudi (IKI) tuumafüüsika seadmete labori juhataja Maxim Mokrousov rääkis ajalehele Russian Planet, miks lääne kosmoseagentuurid eelistavad Vene neutronidetektorit.
- Kosmoseaparaadid - orbiidil, maandumisel ja roveritel - kannavad terveid instrumente: spektromeetreid, kõrgusemõõtjaid, gaasikromatograafi jne. Miks on paljudel neist neutronidetektorid venelased? Mis on selle põhjus?
- See on tingitud meie projektide võidust avatud pakkumistel, mida korraldavad selliste missioonide korraldajad. Nagu meie konkurendid, esitame ka pakkumise ja proovime tõestada, et meie seade on antud seadme jaoks optimaalne. Ja nüüd oleme mitu korda edukalt hakkama saanud.
Meie tavaline rivaal sellistel võistlustel on Los Alamose riiklik labor, sama, kus rakendati Manhattani projekti ja loodi esimene aatomipomm. Kuid näiteks meie labor kutsuti spetsiaalselt MSL (Curiosity) roveri jaoks neutronidetektori valmistamiseks, olles teada saanud meie olemasolevast uuest tehnoloogiast. Ameerika roveri jaoks loodud DANist sai esimene aktiivse osakeste genereerimisega neutronidetektor. See koosneb tegelikult kahest osast - detektorist ja generaatorist, milles väga suurele kiirusele kiirendatud elektronid tabavad triitiumi sihtmärki ja tegelikult toimub täieõiguslik, ehkki miniatuurne termotuumareaktsioon koos neutronite vabanemisega.
Ameeriklased ei oska selliseid generaatoreid valmistada, kuid selle lõid meie kolleegid Moskva Dukhovi nimelisest automaatika uurimisinstituudist. Nõukogude ajal oli see võtmekeskus, kus töötati välja tuumalõhkepeade kaitsmed, ja tänapäeval on osa selle toodetest mõeldud tsiviilotstarbel. Üldiselt kasutatakse selliseid generaatoritega detektoreid näiteks naftavarude uurimisel - seda tehnoloogiat nimetatakse neutronite logimiseks. Me lihtsalt kasutasime seda lähenemist ja kasutasime seda roveri jaoks; siiani pole keegi seda teinud.
Aktiivne neutronidetektor DAN
Kasutamine: Marsi teaduslabor / uudishimu (NASA) kulgur, 2012 kuni praeguseni. Kaal: 2,1 kg (neutronidetektor), 2,6 kg (neutronigeneraator). Energiatarve: 4,5 W (detektor), 13 W (generaator). Peamised tulemused: seotud vee tuvastamine maapinnal 1 m sügavusel kulguri marsruudil.
Maxim Mokrousov: „Peaaegu kogu 10-kilomeetrise tee ääres, mida kulgur läbis, leiti vett pinnase ülemistes kihtides tavaliselt 2–5%. Selle aasta mais sattus ta aga piirkonda, kus vett on palju rohkem või leidub ebatavalisi kemikaale. Rover saadeti kasutusele ja viidi tagasi kahtlasse kohta. Selle tulemusena selgus, et sealne pinnas on Marsi jaoks tõesti ebatavaline ja koosneb peamiselt ränioksiidist."
- Põlvkonnaga on kõik laias laastus selge. Ja kuidas neutronite tuvastamine ise toimub?
- Me tuvastame vähese energiatarbega neutroneid heelium-3-l põhinevate proportsionaalsete loenduritega- need töötavad DAN, LEND, MGNS ja kõigis teistes meie seadmetes. Heelium-3-sse kinni jäänud neutron "lõhub" oma südamiku kaheks osakeseks, mida seejärel magnetväljas kiirendatakse, tekitades laviinireaktsiooni ja väljumisel voolupulsi (elektronid).
Maxim Mokrousov ja Sergei Kapitsa. Foto: isiklikust arhiivist
Kõrge energiaga neutronid tuvastatakse stsintillaatoris välkude abil, mida nad löömisel tekitavad - tavaliselt orgaaniline plast, näiteks stilbeen. Noh, gammakiired suudavad tuvastada lantaanil ja broomil põhinevaid kristalle. Samas on viimasel ajal ilmunud veelgi tõhusamaid tseeriumil ja broomil põhinevaid kristalle, me kasutame neid ühes oma viimastest detektoritest, mis lendab järgmisel aastal Merkuurile.
- Ja ometi miks valitakse lääne spektrograafid täpselt samadel Lääne kosmoseagentuuride avatud konkurssidel, ka teised instrumendid on läänepoolsed ja neutronidetektorid on ikka ja jälle venelased?
- Üldiselt on see kõik seotud tuumafüüsikaga: selles valdkonnas oleme endiselt üks juhtivaid riike maailmas. See ei puuduta ainult relvi, vaid ka seotud tehnoloogiate massi, millega meie teadlased tegelevad. Isegi nõukogude ajal suutsime siin saavutada nii hea aluse, et isegi 1990ndatel ei olnud võimalik kõike täielikult kaotada, kuid täna suurendame taas tempot.
Tuleb mõista, et Lääne agentuurid ise ei maksa nende meie seadmete eest sentigi. Kõik need on tehtud Roscosmose rahaga, meie panusena välismissioonidesse. Selle eest saame rahvusvahelistes kosmoseuuringuprojektides osalejate kõrge staatuse ja lisaks eelisjärjekorras otsese juurdepääsu teadusandmetele, mida meie instrumendid koguvad.
Edastame need tulemused pärast töötlemist, seetõttu peetakse meid õigustatult kõigi tänu meie seadmetele tehtud leidude kaasautoriteks. Seetõttu on kõik kõrgetasemelised sündmused, mis tuvastavad vee olemasolu Marsil ja Kuul, kui mitte täielikult, siis paljuski meie tulemused.
Võime taas meenutada ühte oma esimest detektorit HEND -i, mis töötab siiani Ameerika Mars Odyssey sondi pardal. Just tänu temale koostati esmalt Punase planeedi pinnakihtide vesinikusisalduse kaart.
HEND neutronispektromeeter
Kasutamine: kosmoselaev Mars Odyssey (NASA), 2001. aastast kuni tänapäevani. Kaal: 3,7 kg. Energiatarve: 5,7 W. Peamised tulemused: veepiiride leviku kõrglaiuskraadid Marsi põhja- ja lõunaosas umbes 300 km eraldusvõimega, hooajaliste muutuste jälgimine ümbermõõdulistes mütsides.
Maxim Mokrousov: „Ilma vale tagasihoidlikkuseta võin öelda, et peagi 15 aastat orbiidil oleval Marsi Odüsseial on peaaegu kõik instrumendid juba rikkeid alustanud ja ainult meie oma töötab probleemideta. See töötab koos gammaanduriga, esindades sellega tõhusalt ühte instrumenti, hõlmates laias valikus osakeste energiat."
- Kuna me räägime tulemustest, siis milliseid teaduslikke ülesandeid sellised seadmed täidavad?
- Neutronid on vesiniku suhtes kõige tundlikumad osakesed ja kui selle aatomid on kõikjal mullas, pärsivad neutronid nende tuuma. Kuul või Marsil võivad need tekkida galaktiliste kosmiliste kiirte toimel või kiirgata spetsiaalse neutronipüstoli abil ning tegelikult mõõdame mullast peegelduvaid neutroneid: mida vähem neid, seda rohkem vesinikku.
Noh, vesinik on omakorda suure tõenäosusega vesi, kas suhteliselt puhtal külmutatud kujul või seotud hüdreeritud mineraalide koostisega. Ahel on lihtne: neutronid - vesinik - vesi, seetõttu on meie neutronidetektorite peamine ülesanne just veevarude otsimine.
Oleme praktilised inimesed ja kogu see töö tehakse tulevaste mehitatud missioonide jaoks samale Kuule või Marsile, nende arendamiseks. Kui maandute nende peale, on vesi muidugi kõige olulisem ressurss, mis tuleb kas kohale toimetada või kohapeal kaevandada. Elektrit saab hankida päikesepaneelidest või tuumaallikatest. Vesi on keerulisem: näiteks peamine lasti, mida kaubalaevad peavad täna ISSile toimetama, on vesi. Iga kord võtavad nad seda 2–2,5 tonni.
LEND neutronidetektor
Kasutamine: kosmoselaev Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA), 2009. aastast kuni tänapäevani. Kaal: 26,3 kg. Energiatarve: 13W Peamised tulemused: võimalike veevarude avastamine Kuu lõunapoolusel; Kuu neutronkiirguse ülemaailmse kaardi koostamine ruumilise eraldusvõimega 5–10 km.
Maxim Mokrousov: „LENDis oleme juba kasutanud boor-10 ja polüetüleenil põhinevat kollimaatorit, mis blokeerib neutronid seadme vaatevälja külgedel. See suurendas detektori massi rohkem kui kahekordseks, kuid see võimaldas saavutada suuremat eraldusvõimet Kuu pinda jälgides - ma arvan, et see oli seadme peamine eelis, mis võimaldas meil Los Alamose kolleegidest taas mööda minna."
- Kui palju selliseid seadmeid on juba tehtud? Ja kui palju on plaanis?
- Neid on lihtne loetleda: nad töötavad juba käega Marsi Odüsseial ja LEND Kuu LRO-l, DAN-i Curiosity roveril, samuti IST-le paigaldatud BTN-M1. Sellele tasub lisada NS-HEND detektor, mis kuulus Vene sondi "Phobos-Grunt" hulka ja kahjuks koos sellega kaduma läks. Nüüd, erinevatel valmisoleku etappidel, on meil veel neli sellist seadet.
BTN-M1. Foto: Kosmoseuuringute Instituut RAS
Esimene neist - järgmisel suvel - lendab FREND -detektoriga, sellest saab osa ühisest missioonist ELi ExoMarsiga. See missioon on väga ulatuslik, see hõlmab orbiiti, maandurit ja väikest roverit, mis käivitatakse eraldi aastatel 2016-2018. FREND töötab orbiidisondi kallal ja sellel kasutame sama kollimaatorit nagu Kuu LENDil, et mõõta veesisaldust Marsil sama täpselt, nagu seda tehti Kuu jaoks. Vahepeal on meil Marsi kohta neid andmeid ainult üsna umbkaudse lähendusena.
Merkuuri gamma- ja neutron -spektromeeter (MGNS), mis hakkab tööle BepiColombo sondil, on juba ammu valmis ja üle antud meie Euroopa partneritele. Plaanitakse, et starditöö toimub 2017. aastal, samal ajal kui instrumendi viimased termilised vaakumkatsed on kosmoselaeva osana juba käimas.
Samuti valmistame ette instrumente Venemaa missioonideks-need on kaks ADRON-detektorit, mis hakkavad tööle Luna-Globi laskumissõidukite osana, ja seejärel Luna-Resurs. Lisaks töötab BTN-M2 detektor. See mitte ainult ei teosta ISSi pardal vaatlusi, vaid võimaldab välja töötada ka erinevaid meetodeid ja materjale astronautide tõhusaks kaitsmiseks kosmilise kiirguse neutronkomponendi eest.
BTN-M1 neutronidetektor
Kasutamine: rahvusvaheline kosmosejaam (Roscosmos, NASA, ESA, JAXA jne), alates 2007. Kaal: 9,8 kg. Energiatarve: 12,3 W Peamised tulemused: koostati ISS-i läheduses asuvate neutronvoogude kaardid, hinnati jaama kiirgusolukorda seoses Päikese aktiivsusega, viidi läbi eksperiment kosmiliste gammakiirgusepursete registreerimiseks.
Maxim Mokrousov: „Olles selle projektiga tegelenud, olime üsna üllatunud: tegelikult on erinevad kiirgusvormid erinevad osakesed, sealhulgas elektronid, prootonid ja neutronid. Samas selgus, et kiirgusohu neutronikomponenti pole veel korralikult mõõdetud ja see on selle eriti ohtlik vorm, sest neutroneid on tavapäraste meetoditega äärmiselt raske sõeluda."
- Kuivõrd saab neid seadmeid ise nimetada venelasteks? Kas kodumaise toodangu elementide ja osade osakaal on neis suur?
- Siin, IKI RASis, on loodud täieõiguslik mehaaniline tootmine. Meil on ka kõik vajalikud testimisvõimalused: löögialus, vibratsioonialus, termovaakumikamber ja kamber elektromagnetilise ühilduvuse testimiseks … Tegelikult vajame üksikute komponentide tootmiseks ainult kolmanda osapoole toodangut - näiteks trükkplaadid. Selles aitavad meid partnerid elektroonilise ja arvutitehnoloogia uurimisinstituudist (NIITSEVT) ja mitmed kaubandusettevõtted.
Varem oli meie instrumentidel muidugi palju, umbes 80%imporditud komponente. Kuid nüüd on meie toodetud uued seadmed peaaegu täielikult kodumaistest komponentidest kokku pandud. Arvan, et lähitulevikus ei ole neis rohkem kui 25% impordist ning tulevikus saame sõltuda veelgi vähem välispartneritest.
Võin öelda, et kodumaine mikroelektroonika on viimastel aastatel teinud tõelise arenguhüppe. Kaheksa aastat tagasi ei toodetud meie riigis üldse meie ülesanneteks sobivaid elektroonilisi tahvleid. Nüüd on Zelenogradi ettevõtted "Angstrem", "Elvis" ja "Milandr", seal on Voroneži NIIET - valik on piisav. Meil oli kergem hingata.
Kõige solvavam on meie detektorite absoluutne sõltuvus stsintillaatori kristallide tootjatest. Minu teada üritatakse neid kasvatada ühes Moskva lähedal asuvas Tšernogolovka instituudis, kuid neil pole seni õnnestunud saavutada ülipuhta kristalli nõutavaid mõõtmeid ja mahte. Seetõttu peame selles osas endiselt lootma Euroopa partneritele, täpsemalt Saint-Gobaini murele. Kuid sellel turul on mure täielik monopolist, seetõttu jääb kogu maailm sõltuvusse.
