Еуропа мен Американың зондтарымен Марс пен Айдан судың табылуы ең алдымен ресейлік ғалымдардың еңбегі
Еуропалық және американдық миссиялар жасаған жаңа табылыстар туралы тұрақты есептердің артында бұл жаңалықтардың көпшілігі ресейлік ғалымдардың, инженерлер мен конструкторлардың еңбегінің арқасында жасалғанын жұртшылық назарынан тыс қалдырады. Мұндай ашылулардың ішінде бізге ең жақын жердегі су іздерінің табылуын ерекше атап өтуге болады, және бұрын көрінгендей, толық құрғақ аспан денелері - Ай мен Марс. Бұл шетелдік құрылғыларда жұмыс істейтін ресейлік нейтронды детекторлар бұл жерден суды табуға көмектесті, ал болашақта олар пилоттық экспедицияларды қамтамасыз етуге көмектеседі. Ғарыштық зерттеулер институтының (IKI) Ядролық физика құрылғылары зертханасының меңгерушісі Максим Мокроусов Ресей планетасына Батыс ғарыш агенттіктері неліктен ресейлік нейтронды детекторларды таңдағанын айтты.
- Ғарыш аппараттары - орбитаға, қонуға және роверге - аспаптардың барлық жиынтығын алып жүреді: спектрометрлер, альтиметрлер, газ хроматографтары және т. Мұның себебі неде?
- Бұл біздің миссияларды ұйымдастырушылар жүргізетін ашық тендерлердегі жобаларымыздың жеңісімен байланысты. Бәсекелестеріміз сияқты біз де ұсыныс жібереміз және біздің құрылғы берілген құрылғы үшін оңтайлы екенін дәлелдеуге тырысамыз. Ал қазір бірнеше рет табысты болдық.
Мұндай жарыстарда біздің әдеттегі қарсыласымыз - Лос -Аламос ұлттық зертханасы, онда Манхэттен жобасы жүзеге асырылып, бірінші атом бомбасы жасалды. Бірақ, мысалы, біздің зертхана MSL (Curiosity) роверінің нейтронды детекторын жасауға арнайы шақырылды, бізде бар жаңа технология туралы білді. Американдық ровер үшін жасалған DAN белсенді бөлшектер генерациясы бар алғашқы нейтронды детектор болды. Ол іс жүзінде екі бөліктен тұрады - детектордың өзі және генератор, онда электрондар өте жоғары жылдамдықпен тритий нысанасына түседі және шын мәнінде нейтрондардың бөлінуімен толыққанды, миниатюралық термоядролық реакция жүреді.
Америкалықтар мұндай генераторларды қалай жасау керектігін білмейді, бірақ оны Духов атындағы Мәскеу автоматика ғылыми -зерттеу институтының әріптестері жасаған. Кеңес уақытында бұл ядролық оқтұмсықтар үшін сақтандырғыштар жасалынған негізгі орталық болды, ал бүгінде оның өнімдерінің бір бөлігі азаматтық, коммерциялық мақсаттарға арналған. Жалпы, генераторлары бар мұндай детекторлар, мысалы, мұнай қорын барлау кезінде қолданылады - бұл технология нейтронды каротаж деп аталады. Біз бұл тәсілді қабылдадық және оны ровер үшін қолдандық; осы уақытқа дейін мұны ешкім жасаған жоқ.
DAN белсенді нейтронды детектор
Қолданылуы: Марс ғылыми зертханасы / Curiosity (NASA) ровері, 2012 ж. Салмағы: 2,1 кг (нейтронды детектор), 2,6 кг (нейтронды генератор). Қуат шығыны: 4,5 Вт (детектор), 13 Вт (генератор). Негізгі нәтижелер: ровер маршрутының бойымен 1 м тереңдікте жердегі байланыстырылған суды анықтау.
Максим Мокроусов: «Ровер өтетін 10 шақырымдық жол бойында, әдетте, топырақтың жоғарғы қабаттарындағы су 2-5%табылған. Алайда, осы жылдың мамырында ол су көп немесе ерекше химиялық заттар бар аймаққа тап болды. Ровер орналастырылды және күдікті жерге оралды. Нәтижесінде, бұл топырақ шынымен де Марс үшін ерекше және негізінен кремний оксидінен тұратыны белгілі болды ».
- Ұрпақпен бәрі түсінікті. Ал нейтронды анықтау қалай жүзеге асады?
- Біз гелий-3-ге негізделген пропорционалды есептегіштері бар аз энергиялы нейтрондарды анықтаймыз- олар DAN, LEND, MGNS және біздің барлық басқа құрылғыларда жұмыс істейді. Гелий-3-те қалып қойған нейтрон өзінің ядросын екі бөлшекке «ыдыратады», содан кейін олар магнит өрісінде үдетіліп, қар көшкіні реакциясын және шығуда ток импульсін (электрондарды) тудырады.
Максим Мокроусов пен Сергей Капица. Фото: жеке мұрағаттан
Сцинтилляторда жоғары энергиялы нейтрондар оны соққанда пайда болатын жарқылмен анықталады - әдетте органикалық пластик, мысалы стилбен. Гамма сәулелері лантан мен бромға негізделген кристалдарды анықтай алады. Сонымен қатар, жақында церий мен бромға негізделген неғұрлым тиімді кристалдар пайда болды, біз оларды келесі жылы Меркуриге ұшатын соңғы детекторлардың бірінде қолданамыз.
- Неліктен батыс спектрографтары батыс ғарыш агенттіктерінің ашық конкурстарында таңдалады, басқа да құралдар батыстық, ал нейтронды детекторлар - ресейлік?
- Жалпы алғанда, бәрі ядролық физикаға қатысты: бұл салада біз әлі де әлемдегі жетекші елдердің бірі болып қала береміз. Бұл тек қару -жарақ туралы ғана емес, сонымен қатар біздің ғалымдар айналысатын көптеген технологиялар туралы. Кеңес үкіметі кезінде де біз осында жақсы негізге қол жеткізе алдық, тіпті 90 -шы жылдардың өзінде бәрін толықтай жоғалту мүмкін болмады, бірақ бүгін біз қарқынды қайтадан арттырып жатырмыз.
Батыстық агенттіктердің өзі біздің құрылғыларға бір тиын төлемейтінін түсіну керек. Олардың барлығы шетелдік миссияларға қосқан үлесіміз ретінде Роскосмостың ақшасына жасалған. Осының орнына біз ғарыштық зерттеулердің халықаралық жобаларына қатысушылардың жоғары мәртебесін аламыз, сонымен қатар біздің құралдар жинайтын ғылыми деректерге тікелей қол жеткіземіз.
Біз бұл нәтижелерді өңдеуден кейін жібереміз, сондықтан біз өз құрылғыларымыздың арқасында алынған барлық нәтижелердің авторлары болып саналамыз. Сондықтан Марста және Айда судың болуын анықтайтын барлық маңызды оқиғалар, егер толық болмаса да, көп жағдайда біздің нәтиже болып табылады.
Біз тағы да американдық Mars Odyssey зонды бортында жұмыс істейтін HEND детекторларының бірін еске түсіре аламыз. Оның арқасында Қызыл планетаның беткі қабаттарындағы сутегі құрамының картасы алғаш рет құрастырылды.
HEND нейтронды спектрометрі
Қолданылуы: Mars Odyssey (NASA) ғарыш аппараты, 2001 ж. Салмағы: 3,7 кг. Қуат тұтыну: 5,7 Вт. Негізгі нәтижелер: шамамен 300 км ажыратымдылықпен Марстың солтүстігі мен оңтүстігінде су мұзының таралу картасы, циркульполярлық қақпақтардың маусымдық өзгерістерін бақылау.
Максим Мокроусов: «Жалған қарапайымдылықсыз, мен айта аламын, Марс Одиссейде, ол жақында орбитада 15 жыл болады, барлық құралдар қазірдің өзінде істен шыға бастады, ал тек біздікі еш қиындықсыз жұмысын жалғастыруда. Ол гамма -детектормен бірге жұмыс істейді, оның көмегімен бөлшектер энергиясының кең спектрін қамтитын бір құралды тиімді түрде көрсетеді ».
- Біз нәтиже туралы айтып отырғандықтан, мұндай құрылғылар қандай ғылыми тапсырмаларды орындайды?
- Нейтрондар - сутекке ең сезімтал бөлшектер, ал егер оның атомдары топырақтың кез келген жерінде болса, нейтрондар өз ядроларымен тиімді түрде тежеледі. Айда немесе Марста олар галактикалық ғарыштық сәулелермен жасалуы мүмкін немесе арнайы нейтрондық мылтықпен шығарылуы мүмкін, ал біз іс жүзінде топырақ шағылысқан нейтрондарды өлшейміз: неғұрлым аз болса, сутегі соғұрлым көп болады.
Сутегі, өз кезегінде, салыстырмалы түрде мұздатылған түрде немесе гидратталған минералдар құрамында байланысқан су болуы мүмкін. Тізбек қарапайым: нейтрондар - сутегі - су, сондықтан біздің нейтрондық детекторлардың негізгі міндеті - дәл су қорын іздеу.
Біз практикалық адамдармыз, және бұл жұмыстың бәрі болашақ сол Айға немесе Марсқа адамдық сапарлар үшін, олардың дамуы үшін жасалады. Егер сіз оларға қонатын болсаңыз, онда су, әрине, жергілікті жерде жеткізілуі немесе өндірілуі қажет ең маңызды ресурс. Электр энергиясын күн батареяларынан немесе ядролық көздерден алуға болады. Су қиынырақ: мысалы, қазіргі кезде жүк кемелері ХҒС -қа жеткізуі тиіс негізгі жүк - бұл су. Әр жолы олар 2-2,5 тонна алады.
LEND нейтронды детекторы
Қолданылуы: Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA) ғарыш аппараты, 2009 ж. Салмағы: 26,3 кг. Қуат шығыны: 13 Вт Негізгі нәтижелер: Айдың оңтүстік полюсінде судың әлеуетті қорын ашу; ғарыштық ажыратымдылығы 5-10 км Айдың нейтронды сәулеленуінің жаһандық картасының құрылысы.
Максим Мокроусов: «LEND-те біз бор-10 мен полиэтиленге негізделген коллиматорды қолдандық, ол құрылғының көру аймағының нейтрондарын блоктайды. Бұл детектордың массасын екі есе арттырды, бірақ бұл Айдың бетін бақылау кезінде үлкен ажыратымдылыққа қол жеткізуге мүмкіндік берді - менің ойымша, бұл Лос -Аламостағы әріптестерімізді тағы айналып өтуге мүмкіндік берген құрылғының басты артықшылығы болды ».
- Бұған дейін қанша осындай қондырғы жасалды? Және қанша жоспарланған?
- Оларды тізімдеу оңай: олар қазірдің өзінде Марс Одиссейінде HAND және LRO айында LEND, Curiosity роверіндегі DAN, сондай-ақ ХҒС-да орнатылған BTN-M1 операциясын жүргізуде. Бұған ресейлік «Фобос-Грунт» зондына енгізілген және, өкінішке орай, жоғалған NS-HEND детекторын қосқан жөн. Енді дайындықтың әр түрлі кезеңінде бізде тағы осындай төрт құрылғы бар.
BTN-M1. Фото: Ғарыштық зерттеулер институты RAS
Олардың біріншісі - келесі жазда - FREND детекторы ұшады, ол ЕО ExoMars -пен бірлескен миссияның құрамына енеді. Бұл миссия өте ауқымды, оған 2016-2018 жылдары бөлек ұшырылатын орбита, қондырғыш және шағын ровер кіреді. FREND орбитадағы зондпен жұмыс істейтін болады, және біз Марстағы судың мөлшерін Ай үшін дәл дәлдікпен өлшеу үшін LEND -дегі коллиматорды қолданамыз. Бұл арада бізде Марсқа қатысты бұл деректер өте жуық шамамен бар.
BepiColombo зондында жұмыс істейтін Меркурлық гамма мен нейтронды спектрометр (MGNS) бұрыннан дайын және біздің еуропалық серіктестерге тапсырылған. Ұшу 2017 жылы болады деп жоспарлануда, ал ғарыш кемесінің құрамында аспаптың соңғы термиялық вакуумдық сынақтары жүргізілуде.
Біз сондай-ақ ресейлік миссияларға арналған құралдарды дайындап жатырмыз-бұл екі ADRON детекторы, олар Luna-Glob көліктерінің құрамында жұмыс істейтін болады, содан кейін Luna-Resurs. Сонымен қатар, BTN-M2 детекторы жұмыс істейді. Ол ХҒС бортында бақылаулар жүргізіп қана қоймайды, сонымен қатар ғарышкерлерді ғарыштық сәулеленудің нейтрондық компонентінен тиімді қорғаудың әр түрлі әдістері мен материалдарын жасауға мүмкіндік береді.
BTN-M1 нейтронды детектор
Қолданылуы: Халықаралық ғарыш станциясы (Роскосмос, NASA, ESA, JAXA және т.б.), 2007 ж. Салмағы: 9,8 кг. Қуат шығыны: 12,3 Вт Негізгі нәтижелер: ХҒС маңындағы нейтрон ағындарының карталары құрылды, станцияның радиациялық жағдайы Күннің белсенділігіне байланысты бағаланды, ғарыштық гамма-сәулелік жарылыстарды тіркеу бойынша эксперимент жүргізілді.
Максим Мокроусов: «Бұл жобамен айналыса отырып, бізді таң қалдырды: ақыр соңында, сәулеленудің әр түрлі формалары - электрондар, протондар мен нейтрондарды қоса алғанда, әр түрлі бөлшектер. Сонымен бірге, радиациялық қауіптіліктің нейтронды компоненті әлі дұрыс өлшенбегені белгілі болды және бұл оның аса қауіпті түрі, себебі нейтрондарды дәстүрлі әдістермен скринингтен өткізу өте қиын ».
- Бұл құрылғылардың өзін қаншалықты орысша деп атауға болады? Оларда отандық өндірістің элементтері мен бөлшектерінің үлесі жоғары ма?
- Мұнда, ИКИ РАС-та толыққанды механикалық өндіріс құрылды. Бізде барлық қажетті сынақ қондырғылары бар: амортизатор, діріл стенді, термиялық вакуумдық камера және электромагниттік үйлесімділікті тексеруге арналған камера … Шын мәнінде, бізге тек жеке компоненттер үшін үшінші тарап өндірісі қажет - мысалы, баспа платалары. Бұған бізге электронды және компьютерлік технологиялар ғылыми -зерттеу институтының (NIITSEVT) серіктестіктері мен бірқатар коммерциялық кәсіпорындар көмектеседі.
Бұрын, әрине, біздің құралдарымызда импорттық компоненттердің шамамен 80%-ы көп болды. Дегенмен, қазір біз шығаратын жаңа құрылғылар толықтай дерлік отандық компоненттерден жиналған. Менің ойымша, жақын арада оларда импорт 25% -дан аспайды, ал болашақта біз шетелдік серіктестерге одан да аз тәуелді бола аламыз.
Отандық микроэлектроника соңғы жылдары нақты серпіліс жасады деп айта аламын. Сегіз жыл бұрын біздің елде біздің тапсырмаларымызға сәйкес келетін электронды тақталар мүлде шығарылмады. Қазір Зеленоградтың «Ангстрем», «Элвис» және «Миландр» кәсіпорындары бар, Воронеж НИИЭТ бар - таңдау жеткілікті. Бізге дем алу оңай болды.
Ең қорқыныштысы - біздің детекторлар үшін сцинтиллятор кристалдарын өндірушілерге абсолютті тәуелділік. Менің білуімше, оларды Мәскеу маңындағы Черноголовка институттарының бірінде өсіру әрекеттері жасалуда, бірақ олар супер таза кристалдың қажетті өлшемдері мен көлемдеріне қол жеткізе алмады. Сондықтан, бұл тұрғыда біз әлі де еуропалық серіктестерге, дәлірек айтқанда, Сен-Гобен концерніне сенуге мәжбүрміз. Алайда, бұл нарықта концерн толық монополист болып табылады, сондықтан бүкіл әлем тәуелді күйде қалады.
