Eurooppalaisten ja amerikkalaisten koettimien löytämä vesi Marsista ja Kuusta on ensisijaisesti venäläisten tutkijoiden ansiota
Säännöllisten raporttien takana yhä useammista eurooppalaisista ja amerikkalaisista lähetystöistä tehdyistä uusista löydöistä vältetään yleisön huomio, että monet näistä löydöistä tehtiin venäläisten tutkijoiden, insinöörien ja suunnittelijoiden työn ansiosta. Tällaisten löytöjen joukossa voidaan erityisesti korostaa vesijälkien havaitsemista lähimmässämme ja, kuten aiemmin näytti, täysin kuivissa taivaankappaleissa - Kuussa ja Marsissa. Venäläiset neutronitunnistimet, jotka työskentelivät ulkomaisten laitteiden parissa, auttoivat löytämään vettä täältä, ja tulevaisuudessa ne auttavat järjestämään miehitettyjä retkiä. Maxim Mokrousov, RAS: n avaruustutkimuslaitoksen (IKI) ydinfysiikan laitteiden laboratorion johtaja, kertoi Russian Planetille, miksi länsimaiset avaruusjärjestöt suosivat venäläisiä neutronitunnistimia.
- Avaruusalukset - kiertävät, laskeutuvat ja roverit - kuljettavat kokonaisia instrumentteja: spektrometrejä, korkeusmittaria, kaasukromatografia jne. Miksi monissa neutronitunnistimet ovat venäläisiä? Mikä on syy tähän?
- Tämä johtuu projektiemme voitosta avoimissa tarjouskilpailuissa, jotka järjestävät tällaiset tehtävät. Kilpailijoidemme tavoin teemme tarjouksen ja yritämme todistaa, että laitteemme on optimaalinen kyseiselle laitteelle. Ja nyt olemme onnistuneet useita kertoja.
Tavallinen kilpailijamme tällaisissa kilpailuissa on Los Alamosin kansallinen laboratorio, sama, jossa Manhattan -projekti toteutettiin ja ensimmäinen atomipommi luotiin. Mutta esimerkiksi laboratoriomme kutsuttiin erityisesti tekemään neutronitunnistin MSL (Curiosity) -kuljettajalle, kun saimme tietää uudesta tekniikastamme. Amerikkalaiselle roverille luotu DAN tuli ensimmäiseksi neutronitunnistimeksi, jossa oli aktiivisia hiukkasia. Se koostuu itse asiassa kahdesta osasta - ilmaisimesta itsestään ja generaattorista, jossa erittäin suurelle nopeudelle kiihdytetyt elektronit osuvat tritiumitavoitteeseen ja itse asiassa tapahtuu täysimittainen, vaikkakin miniatyyri, ydinreaktio neutronien vapautuessa.
Amerikkalaiset eivät tiedä, kuinka tehdä tällaisia generaattoreita, mutta sen loivat kollegamme Moskovan Dukhov -nimisestä automaatioinstituutista. Neuvostoliiton aikoina se oli keskeinen keskus, jossa kehitettiin ydinaseiden sulakkeita, ja nykyään osa sen tuotteista on tarkoitettu siviilikäyttöön. Yleensä tällaisia generaattoreilla varustettuja ilmaisimia käytetään esimerkiksi öljyvarojen etsinnässä - tätä tekniikkaa kutsutaan neutronilokiksi. Otimme juuri tämän lähestymistavan ja käytimme sitä roverissa; toistaiseksi kukaan ei ole tehnyt tätä.
Aktiivinen neutronitunnistin DAN
Käyttö: Mars Science Laboratory / Curiosity (NASA) -kuljettaja, vuodesta 2012 tähän päivään. Paino: 2,1 kg (neutronitunnistin), 2,6 kg (neutronigeneraattori). Virrankulutus: 4,5 W (ilmaisin), 13 W (generaattori) Tärkeimmät tulokset: sitoutuneen veden havaitseminen maassa 1 metrin syvyydessä kulkijan reitillä.
Maxim Mokrousov:”Lähes koko kulkijan kulkeman 10 kilometrin polun varrella maaperän ylempien kerrosten vettä löytyi yleensä 2–5%. Tämän vuoden toukokuussa hän kuitenkin törmäsi alueeseen, jossa joko on paljon enemmän vettä tai joitain epätavallisia kemikaaleja. Rover otettiin käyttöön ja palautettiin epäilyttävään paikkaan. Tämän seurauksena kävi ilmi, että maaperä siellä on todella epätavallista Marsille ja koostuu pääasiassa piioksidista."
- Sukupolven myötä kaikki on suunnilleen selvää. Ja miten neutronien havaitseminen tapahtuu?
- Tunnistamme matalaenergiset neutronit, joilla on helium-3-pohjaiset suhteelliset laskurit- ne toimivat DAN-, LEND-, MGNS- ja kaikissa muissa laitteissamme. Helium-3: een jäänyt neutroni "hajottaa" sen ytimen kahteen hiukkaseseen, joita sitten kiihdytetään magneettikentässä, jolloin muodostuu lumivyöryreaktio ja ulosmenossa virtapulssi (elektroneja).
Maxim Mokrousov ja Sergei Kapitsa. Kuva: Henkilökohtaisesta arkistosta
Suuritehoiset neutronit havaitaan tuikelaitteessa niiden salamien välähdysten yhteydessä - yleensä orgaaninen muovi, kuten stilbeeni. No, gammasäteet voivat havaita lantaaniin ja bromiin perustuvia kiteitä. Samaan aikaan viime aikoina on ilmestynyt vielä tehokkaampia ceriumiin ja bromiin perustuvia kiteitä, käytämme niitä yhdessä uusimmista ilmaisimistamme, joka lentää Mercuryyn ensi vuonna.
- Ja miksi länsimaiset spektrografit valitaan täsmälleen samoissa länsimaisten avaruusjärjestöjen avoimissa kilpailuissa, muut instrumentit ovat myös länsimaisia ja neutronitunnistimet ovat venäläisiä kerta toisensa jälkeen?
- Yleisesti ottaen kyse on ydinfysiikasta: tällä alalla olemme edelleen yksi maailman johtavista maista. Kyse ei ole vain aseista, vaan myös siihen liittyvien tekniikoiden massasta, johon tutkijamme osallistuvat. Jopa Neuvostoliiton aikana onnistuimme saavuttamaan täällä niin hyvän perustan, että edes 1990 -luvulla ei ollut mahdollista menettää kaikkea kokonaan, mutta tänään lisäämme vauhtia.
On ymmärrettävä, että länsimaiset virastot eivät maksa penniäkään näistä laitteistamme. Kaikki ne on tehty Roscosmosin rahoilla, mikä on panoksemme ulkomaanoperaatioihin. Vastineeksi tästä saamme kansainvälisten avaruustutkimushankkeiden osallistujien korkean aseman ja lisäksi ensisijaisen suoran pääsyn välineidemme keräämään tieteelliseen tietoon.
Lähetämme nämä tulokset käsittelyn jälkeen, joten meitä pidetään oikeutetusti kaikkien laitteidemme ansiosta tehtyjen havaintojen tekijöinä. Siksi kaikki korkean profiilin tapahtumat, joissa havaitaan veden esiintyminen Marsissa ja Kuussa, ovat, jos eivät kokonaan, niin monessa suhteessa meidän tuloksemme.
Voimme jälleen muistaa yhden ensimmäisistä ilmaisimistamme, HENDistä, joka toimii edelleen amerikkalaisen Mars Odyssey -luotaimen aluksella. Hänen ansiostaan laadittiin ensin kartta Punaisen planeetan pintakerrosten vetypitoisuudesta.
HEND -neutronispektrometri
Käyttö: Mars Odysseyn (NASA) avaruusalus, vuodesta 2001 tähän päivään. Paino: 3,7 kg. Virrankulutus: 5,7 W. Päätulokset: korkean leveysasteen kartat vesijään jakautumisesta Marsin pohjois- ja eteläosassa noin 300 km: n tarkkuudella, ympärysnapaisten kapeiden kausivaihteluiden tarkkailu.
Maxim Mokrousov:”Ilman väärää vaatimattomuutta voin sanoa, että Mars Odysseialla, joka tulee pian kiertoradalle 15 vuodeksi, melkein kaikki instrumentit ovat jo alkaneet toimia väärin, ja vain meidän laitteemme toimivat edelleen ilman ongelmia. Se toimii yhdessä gamma -ilmaisimen kanssa, joka edustaa tehokkaasti yhtä instrumenttia ja kattaa laajan hiukkasenergian."
- Koska puhumme tuloksista, millaisia tieteellisiä tehtäviä tällaiset laitteet suorittavat?
- Neutronit ovat hiukkasille herkimpiä hiukkasia, ja jos sen atomit ovat läsnä missä tahansa maaperässä, neutronit estävät tehokkaasti niiden ytimet. Kuussa tai Marsissa ne voidaan luoda galaktisilla kosmisilla säteillä tai lähettää erityisellä neutronipistoolilla, ja itse asiassa mittaamme maaperän heijastamat neutronit: mitä vähemmän niitä on, sitä enemmän vetyä.
Vety puolestaan on todennäköisesti vettä, joko suhteellisen puhtaassa jäädytetyssä muodossa tai sitoutuneena hydratoituneiden mineraalien koostumukseen. Ketju on yksinkertainen: neutronit - vety - vesi, joten neutronien ilmaisimien päätehtävä on juuri vesivarantojen etsiminen.
Olemme käytännöllisiä ihmisiä, ja kaikki tämä työ tehdään tulevien miehitettyjen tehtävien suorittamiseksi samaan Kuuhun tai Marsiin niiden kehityksen vuoksi. Jos laskeudut niiden päälle, vesi on tietysti merkittävin resurssi, joka on joko toimitettava tai louhittava paikallisesti. Sähköä voi saada aurinkopaneeleista tai ydinvoimalla. Vesi on vaikeampaa: esimerkiksi rahtilaivojen pääasiallinen rahti ISS: lle tänään on vesi. Joka kerta kun sitä otetaan 2–2,5 tonnia.
LEND neutronitunnistin
Käyttö: Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA) avaruusalus, 2009 - tähän päivään. Paino: 26,3 kg. Virrankulutus: 13W Tärkeimmät tulokset: mahdollisten vesivarantojen löytäminen Kuun etelänavalta; maailmanlaajuisen kartan rakentaminen kuun neutronisäteilystä, jonka alueellinen resoluutio on 5–10 km.
Maxim Mokrousov:”LENDissä olemme jo käyttäneet boori-10: een ja polyeteeniin perustuvaa kollimaattoria, joka estää neutroneja laitteen näkökentän sivuilla. Se yli kaksinkertaisti ilmaisimen massan, mutta se mahdollisti suuremman resoluution saavutettaessa kuun pintaa - mielestäni tämä oli laitteen tärkein etu, jonka ansiosta pystyimme jälleen ohittamaan kollegamme Los Alamosista."
- Kuinka monta tällaista laitetta on jo tehty? Ja paljonko on suunniteltu?
- Ne on helppo luetella: ne käyttävät jo HANDia Mars Odysseialla ja LEND kuun LRO: lla, DAN Curiosity roverilla sekä BTN-M1 ISS: lle. Tähän kannattaa lisätä NS-HEND-ilmaisin, joka sisältyi venäläiseen Phobos-Grunt-koettimeen ja valitettavasti katosi sen mukana. Nyt, eri valmiusasteissa, meillä on vielä neljä tällaista laitetta.
BTN-M1. Kuva: Avaruustutkimuslaitos RAS
Ensimmäinen niistä - ensi kesänä - lentää FREND -ilmaisinta, ja siitä tulee osa EU: n ExoMarsin yhteistä tehtävää. Tämä tehtävä on erittäin laaja, ja se sisältää kiertäjän, laskeutujan ja pienen roverin, jotka käynnistetään erikseen vuosina 2016-2018. FREND työskentelee kiertävän anturin parissa, ja käytämme sitä samalla kollimaattorilla kuin kuun LEND -laitteella mitataksemme Marsin vesipitoisuuden samalla tarkkuudella, jolla se tehtiin Kuulle. Tällä välin meillä on nämä tiedot Marsista vain melko karkeana likimääräisenä.
Mercuriuksen gamma- ja neutronispektrometri (MGNS), joka toimii BepiColombo -koettimella, on jo pitkään ollut valmis ja luovutettu eurooppalaisille kumppaneillemme. Suunnitelmissa on, että laukaisu tapahtuu vuonna 2017, kun taas laitteen viimeiset lämpötilatestit ovat jo käynnissä osana avaruusalusta.
Valmistamme myös välineitä Venäjän operaatioita varten-nämä ovat kaksi ADRON-ilmaisinta, jotka toimivat osana Luna-Glob-laskeutumisajoneuvoja, ja sitten Luna-Resurs. Lisäksi BTN-M2-ilmaisin on toiminnassa. Se ei ainoastaan suorita havaintoja ISS: llä, vaan mahdollistaa myös erilaisten menetelmien ja materiaalien kehittämisen astronauttien tehokkaalle suojaamiseksi kosmisen säteilyn neutronikomponentilta.
BTN-M1 neutroninilmaisin
Käyttö: Kansainvälinen avaruusasema (Roscosmos, NASA, ESA, JAXA jne.), Vuodesta 2007. Paino: 9,8 kg. Virrankulutus: 12,3 W Tärkeimmät tulokset: rakennettiin karttoja ISS: n läheisyydessä olevista neutronivuista, arvioitiin aseman säteilytilannetta Auringon toiminnan yhteydessä, tehtiin kokeilu kosmisen gammasäteilyn rekisteröimiseksi.
Maxim Mokrousov:”Ollessamme mukana tässä projektissa olimme melko yllättyneitä: loppujen lopuksi eri säteilymuodot ovat erilaisia hiukkasia, mukaan lukien elektronit, protonit ja neutronit. Samalla kävi ilmi, että säteilyvaaran neutronikomponenttia ei ole vielä mitattu kunnolla, ja tämä on erityisen vaarallinen muoto siitä, koska neutroneja on erittäin vaikea seuloa tavanomaisilla menetelmillä."
- Missä määrin näitä laitteita voidaan kutsua venäläisiksi? Onko kotimaisen tuotannon elementtien ja osien osuus niissä suuri?
- Täällä, IKI RAS: ssa, on perustettu täysimittainen mekaaninen tuotanto. Meillä on myös kaikki tarvittavat testausmahdollisuudet: iskuteline, tärinäjalusta, terminen tyhjiökammio ja kammio sähkömagneettisen yhteensopivuuden testaamiseksi … Itse asiassa tarvitsemme vain yksittäisten komponenttien valmistusta vain kolmansilta osapuolilta - esim. painetut piirilevyt. Kumppanit elektroniikan ja tietotekniikan tutkimuslaitoksesta (NIITSEVT) ja useat kaupalliset yritykset auttavat meitä tässä.
Aiemmin tietysti välineissämme oli paljon, noin 80%, tuontikomponentteja. Nyt valmistamamme uudet laitteet on kuitenkin lähes kokonaan koottu kotimaisista komponenteista. Luulen, että lähitulevaisuudessa niissä ei ole enempää kuin 25% tuonnista, ja voimme tulevaisuudessa olla entistä vähemmän riippuvaisia ulkomaisista kumppaneista.
Voin sanoa, että kotimainen mikroelektroniikka on tehnyt todellisen harppauksen eteenpäin viime vuosina. Kahdeksan vuotta sitten maassamme tehtäviin sopivia elektronisia tauluja ei tuotettu lainkaan. Nyt on Zelenogradin yrityksiä "Angstrem", "Elvis" ja "Milandr", on Voronezh NIIET - valinta riittää. Meidän oli helpompi hengittää.
Loukkaavin asia on absoluuttinen riippuvuus ilmaisimien tuikekiteiden valmistajista. Tietääkseni niitä yritetään kasvattaa yhdessä Moskovan lähellä sijaitsevasta Tšernogolovkan instituutista, mutta ne eivät ole vielä onnistuneet saavuttamaan superpuhtaan kiteen vaadittuja mittoja ja tilavuuksia. Siksi meidän on tässä suhteessa edelleen luotettava eurooppalaisiin kumppaneihin, tarkemmin sanottuna Saint-Gobain-konserniin. Näillä markkinoilla huoli on kuitenkin täydellinen monopoli, joten koko maailma on edelleen riippuvaisessa asemassa.
