Руснаци на Марс

Руснаци на Марс
Руснаци на Марс

Видео: Руснаци на Марс

Видео: Руснаци на Марс
Видео: Перемістити росіян на Марс? 2024, Март
Anonim
Руснаци на Марс
Руснаци на Марс

Откриването на вода на Марс и Луната от европейски и американски сонди е преди всичко заслуга на руски учени

Зад редовните доклади за все повече нови находки, направени от европейски и американски мисии, избягва вниманието на обществеността, че много от тези открития са направени благодарение на работата на руски учени, инженери и дизайнери. Сред такива открития може особено да се открои откриването на следи от вода на най -близките до нас и, както по -рано изглеждаше, напълно сухи небесни тела - Луната и Марс. Именно руските детектори на неутрони, работещи на чужди устройства, помогнаха да се намери вода тук и в бъдеще те ще помогнат за осигуряването на експедиции с пилотирани пилоти. Максим Мокроусов, ръководител на лабораторията за устройства за ядрена физика в Института за космически изследвания (IKI), РАН, разказа на Руската планета защо западните космически агенции предпочитат руските детектори на неутрони.

- Космическите кораби - на орбита, кацане и ровери - носят цели комплекти инструменти: спектрометри, висотомери, газови хроматографи и т.н. Защо детекторите на неутрони на много от тях са руски? Каква е причината за това?

- Това се дължи на победата на нашите проекти на открити търгове, които се провеждат от организаторите на подобни мисии. Подобно на нашите конкуренти, ние подаваме оферта и се опитваме да докажем, че нашето устройство е оптимално за даденото устройство. И сега няколко пъти успешно успяхме.

Нашият обикновен съперник в подобни състезания е Националната лаборатория в Лос Аламос, същата, където беше реализиран проектът Манхатън и беше създадена първата атомна бомба. Но например нашата лаборатория беше специално поканена да направи детектор на неутрони за роувъра MSL (Curiosity), след като научи за новата технология, която имахме. Създаден за американския марсоход, DAN стана първият детектор на неутрони с генериране на активни частици. Всъщност той се състои от две части - самият детектор и генератора, в който електроните, ускорени до много високи скорости, удрят тритиевата мишена и всъщност настъпва пълноценна, макар и миниатюрна, термоядрена реакция с отделянето на неутрони.

Американците не знаят как да правят такива генератори, но той е създаден от нашите колеги от Московския изследователски институт по автоматизация на името на Духов. В съветско време това е ключов център, където са разработени предпазители за ядрени бойни глави, а днес част от продуктите му са за граждански, търговски цели. По принцип такива детектори с генератори се използват например при проучване на запасите от нефт - тази технология се нарича неутронен каротаж. Ние просто използвахме този подход и го използвахме за марсохода; досега никой не е правил това.

Активен детектор на неутрони DAN

Употреба: Марс Марс Научна Лаборатория / Любопитство (НАСА), 2012 г. до момента. Тегло: 2,1 кг (детектор на неутрони), 2,6 кг (генератор на неутрони). Консумирана мощност: 4,5 W (детектор), 13 W (генератор). Основни резултати: откриване на свързана вода в земята на дълбочина 1 м по трасето на марсохода.

Максим Мокроусов: „Почти по цялата 10-километрова пътека, преминаваща от ровъра, водата в горните слоеве на почвата обикновено се намираше 2–5%. Въпреки това през май тази година той се натъкна на район, в който или има много повече вода, или присъстват някои необичайни химикали. Марсоходът беше разгърнат и върнат на подозрително място. В резултат на това се оказа, че почвата там е наистина необичайна за Марс и се състои главно от силициев оксид."

- С поколението всичко е приблизително ясно. И как протича самото откриване на неутрони?

- Ние откриваме нискоенергийни неутрони с пропорционални броячи на базата на хелий-3- те работят в DAN, LEND, MGNS и всички други наши устройства. Неутрон, уловен в хелий-3, "разчупва" ядрото си на две частици, които след това се ускоряват в магнитно поле, създавайки лавинна реакция и на изхода импулс на ток (електрони).

Образ
Образ

Максим Мокроусов и Сергей Капица. Снимка: От личен архив

Високоенергийните неутрони се откриват в сцинтилатора чрез светкавиците, които те създават, когато го ударят - обикновено органична пластмаса, като стилбен. Е, гама лъчите могат да открият кристали на базата на лантан и бром. В същото време, наскоро се появиха още по -ефективни кристали на базата на церий и бром, ние ги използваме в един от най -новите ни детектори, който ще отлети за Меркурий догодина.

- И все пак защо западните спектрографи са избрани в абсолютно същите открити състезания на западните космически агенции, други инструменти също са западни, а детекторите на неутрони са руски отново и отново?

- Като цяло всичко е свързано с ядрената физика: в тази област ние все още оставаме една от водещите държави в света. Не става въпрос само за оръжия, но и за масата свързани технологии, с които се занимават нашите учени. Дори по време на съветското време успяхме да постигнем толкова добра основа тук, че дори през 90 -те години не беше възможно да загубим всичко напълно, но днес отново увеличаваме темпото.

Трябва да се разбере, че самите западни агенции не плащат и стотинка за тези наши устройства. Всички те са направени с парите на Роскосмос, като наш принос към чуждестранните мисии. В замяна на това получаваме висок статут на участници в международни проекти за изследване на космоса и в допълнение приоритетен пряк достъп до научни данни, които нашите инструменти събират.

Ние предаваме тези резултати след обработка, следователно с право се считаме за съавтори на всички констатации, направени благодарение на нашите устройства. Следователно всички известни събития с откриване на наличието на вода на Марс и Луната са, ако не изцяло, то в много отношения наш резултат.

Отново можем да си припомним един от първите ни детектори, HEND, който все още работи на борда на американската сонда на Mars Odyssey. Благодарение на него за първи път е съставена карта на съдържанието на водород в повърхностните слоеве на Червената планета.

HEND неутронен спектрометър

Употреба: космически кораб Mars Odyssey (NASA), 2001 г. до момента. Тегло: 3,7 кг. Консумирана мощност: 5.7 W. Основни резултати: карти с голямо географско разпределение на разпределението на воден лед в северната и южната част на Марс с разделителна способност около 300 км, наблюдение на сезонни промени в циркумполярните шапки.

Максим Мокроусов: „Без фалшива скромност мога да кажа, че на Марс Одисея, която скоро ще бъде в орбита в продължение на 15 години, почти всички инструменти вече са започнали да се повредят и само нашият продължава да работи без проблеми. Той работи в тандем с гама детектор, представяйки ефективно един инструмент с него, обхващащ широк спектър от енергии на частиците."

- Тъй като говорим за резултатите, какви научни задачи се изпълняват от такива устройства?

- Неутроните са частиците, които са най -чувствителни към водорода и ако атомите му присъстват навсякъде в почвата, неутроните се инхибират ефективно от техните ядра. На Луната или Марс те могат да бъдат създадени от галактически космически лъчи или излъчени от специален неутронен пистолет, а ние всъщност измерваме неутроните, отразени от почвата: колкото по -малко са, толкова повече водород.

Е, водородът от своя страна най -вероятно е вода, или в относително чиста замразена форма, или свързан в състава на хидратирани минерали. Веригата е проста: неутрони - водород - вода, следователно основната задача на нашите детектори за неутрони е именно търсенето на водни запаси.

Ние сме практични хора и цялата тази работа се извършва за бъдещи пилотирани мисии до същата Луна или Марс, за тяхното развитие. Ако кацнете върху тях, тогава водата, разбира се, е най -значимият ресурс, който ще трябва да бъде доставен или извлечен на местно ниво. Електричеството може да се набавя от слънчеви панели или ядрени източници. Водата е по -трудна: например основният товар, който товарните кораби трябва да доставят на МКС днес, е водата. Всеки път го вземат 2–2,5 тона.

Детектор за неутрони LEND

Употреба: космически кораб Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA), 2009 г. до момента. Тегло: 26,3 кг. Консумирана мощност: 13W Основни резултати: откриване на потенциални водни запаси на Южния полюс на Луната; изграждане на глобална карта на неутронното излъчване на Луната с пространствена разделителна способност 5-10 км.

Максим Мокроусов: „В LEND вече използвахме колиматор на базата на бор-10 и полиетилен, който блокира неутроните отстрани на зрителното поле на устройството. Той удвои масата на детектора, но направи възможно постигането на по -голяма разделителна способност при наблюдение на лунната повърхност - мисля, че това беше основното предимство на устройството, което ни позволи отново да заобиколим нашите колеги от Лос Аламос."

- Колко такива устройства вече са направени? И колко е планирано?

- Те са лесни за изброяване: те вече работят HAND на Mars Odyssey и LEND на лунния LRO, DAN на роувъра Curiosity, както и BTN-M1, инсталиран на МКС. Струва си да добавим към това детектора NS-HEND, който беше включен в руската сонда „Фобос-Грунт“и за съжаление беше изгубен заедно с него. Сега, на различни етапи на готовност, имаме още четири такива устройства.

Образ
Образ

BTN-M1. Снимка: Институт за космически изследвания РАН

Първият от тях - следващото лято - ще лети с детектора FREND, той ще стане част от съвместната мисия с ЕС ExoMars. Тази мисия е много мащабна, ще включва орбитален апарат, кацащ апарат и малък роувър, които ще бъдат пуснати отделно през 2016-2018 г. FREND ще работи върху орбитална сонда и на нея използваме същия колиматор, както на лунната LEND, за да измерим съдържанието на вода на Марс със същата точност, с която е направено за Луната. Междувременно имаме тези данни за Марс само в доста грубо приближение.

Меркурианският гама и неутронен спектрометър (MGNS), който ще работи на сондата BepiColombo, отдавна е готов и предаден на нашите европейски партньори. Планира се изстрелването да се осъществи през 2017 г., докато последните тестове с термичен вакуум на инструмента вече са в ход като част от космическия кораб.

Подготвяме и инструменти за руски мисии-това са два детектора ADRON, които ще работят като част от корабите за спускане Luna-Glob, а след това и Luna-Resurs. В допълнение, детекторът BTN-M2 е в експлоатация. Той не само ще извършва наблюдения на борда на МКС, но също така ще направи възможно разработването на различни методи и материали за ефективна защита на астронавтите от неутронния компонент на космическата радиация.

BTN-M1 детектор на неутрони

Употреба: Международна космическа станция (Роскосмос, НАСА, ЕКА, JAXA и др.), От 2007 г. Тегло: 9.8 кг. Консумирана мощност: 12.3W Основните резултати: конструирани са карти на неутронни потоци в околностите на МКС, радиационната обстановка на станцията е оценена във връзка с дейността на Слънцето, провежда се експеримент за регистриране на космически гама-изблици.

Максим Мокроусов: „След като участвахме в този проект, бяхме доста изненадани: в края на краищата всъщност различните форми на излъчване са различни частици, включително електрони, протони и неутрони. В същото време се оказа, че неутронният компонент на радиационната опасност все още не е измерен правилно и това е особено опасна форма, тъй като неутроните са изключително трудни за екраниране с конвенционални методи."

- До каква степен самите тези устройства могат да се нарекат руски? Висок ли е делът на елементите и частите на вътрешното производство в тях?

- Тук, в ИКИ РАН, е създадено пълноценно механично производство. Разполагаме и с всички необходими съоръжения за изпитване: ударна стойка, вибрационна стойка, термо вакуумна камера и камера за тестване за електромагнитна съвместимост … Всъщност имаме нужда само от производство на трети страни за отделни компоненти - например печатни платки. Партньорите от Изследователския институт за електронни и компютърни технологии (NIITSEVT) и редица търговски предприятия ни помагат в това.

Разбира се, преди това нашите инструменти имаха много, около 80%, вносни компоненти. Сега обаче новите устройства, които произвеждаме, са почти изцяло сглобени от вътрешни компоненти. Мисля, че в близко бъдеще в тях няма да има повече от 25% от вноса, а в бъдеще ще можем да зависим още по -малко от чуждестранните партньори.

Мога да кажа, че местната микроелектроника направи истински скок напред през последните години. Преди осем години у нас изобщо не се произвеждаха подходящи за нашите задачи електронни табла. Сега има зеленоградските предприятия "Angstrem", "Elvis" и "Milandr", има Воронежския НИИЕТ - изборът е достатъчен. Стана ни по -лесно да дишаме.

Най -обидното е абсолютната зависимост от производителите на сцинтилаторни кристали за нашите детектори. Доколкото знам, се правят опити за отглеждането им в един от институтите на Черноголовка край Москва, но те все още не успяват да постигнат необходимите размери и обеми на свръхчист кристал. Следователно в това отношение все още трябва да разчитаме на европейските партньори, по-точно на концерна Saint-Gobain. На този пазар обаче концернът е пълен монополист, поради което целият свят остава в зависима позиция.

Препоръчано: