Rusové na Marsu

Rusové na Marsu
Rusové na Marsu

Video: Rusové na Marsu

Video: Rusové na Marsu
Video: Escape from Tarkov. Raid. Full film. 2024, Březen
Anonim
Rusové na Marsu
Rusové na Marsu

Objev vody na Marsu a Měsíci evropskými a americkými sondami je především zásluhou ruských vědců

Za pravidelnými zprávami o stále nových a nových nálezech evropských a amerických misí uniká pozornosti veřejnosti, že mnoho z těchto objevů bylo učiněno díky práci ruských vědců, inženýrů a designérů. Mezi takovými objevy lze zvláště vyzdvihnout detekci stop vody na nejbližších k nám, a jak se dříve zdálo, zcela suchá nebeská tělesa - Měsíc a Mars. Byly to ruské detektory neutronů, pracující na cizích zařízeních, které zde pomohly najít vodu, a v budoucnu pomohou zajistit expedice s posádkou. Maxim Mokrousov, vedoucí laboratoře zařízení jaderné fyziky na Institutu kosmického výzkumu (IKI), RAS, řekl ruské planetě, proč západní vesmírné agentury dávají přednost ruským detektorům neutronů.

- Kosmické lodě - obíhající, přistávající a rovery - nesou celé sady nástrojů: spektrometry, výškoměry, plynové chromatografy atd. Proč jsou detektory neutronů na mnoha z nich ruské? Jaký je důvod?

- Je to dáno vítězstvím našich projektů v otevřených výběrových řízeních, které provádějí organizátoři takových misí. Stejně jako naši konkurenti předkládáme nabídku a snažíme se dokázat, že naše zařízení je pro dané zařízení optimální. A nyní jsme několikrát úspěšně uspěli.

Našim obvyklým soupeřem v takových soutěžích je Národní laboratoř Los Alamos, stejná, kde byl realizován projekt Manhattan a byla vytvořena první atomová bomba. Ale například naše laboratoř byla speciálně pozvána, aby vyrobila detektor neutronů pro rover MSL (Curiosity), protože se dozvěděla o nové technologii, kterou jsme měli. DAN, vytvořený pro americký rover, se stal prvním detektorem neutronů s aktivním generováním částic. Skládá se vlastně ze dvou částí - samotného detektoru a generátoru, ve kterém elektrony zrychlené na velmi vysoké rychlosti zasáhnou cíl tritia a ve skutečnosti dochází k plnohodnotné, byť miniaturní termonukleární reakci s uvolňováním neutronů.

Američané nevědí, jak takové generátory vyrobit, ale vytvořili to naši kolegové z Moskevského výzkumného ústavu automatizace pojmenovaného po Dukhovovi. V sovětských dobách to bylo klíčové centrum, kde se vyvíjely pojistky pro jaderné hlavice, a dnes je část jejích produktů pro civilní, komerční účely. Obecně se takové detektory s generátory používají například při průzkumu zásob ropy - této technologii se říká těžba neutronů. Právě jsme zvolili tento přístup a použili jej pro rover; dosud to nikdo neudělal.

Aktivní neutronový detektor DAN

Použití: rover Mars Science Laboratory / Curiosity (NASA), 2012 až dosud. Hmotnost: 2,1 kg (neutronový detektor), 2,6 kg (neutronový generátor). Příkon: 4,5 W (detektor), 13 W (generátor). Hlavní výsledky: detekce vázané vody v zemi v hloubce 1 m po trase roveru.

Maxim Mokrousov: „Po téměř celé 10kilometrové cestě, kterou rover prošel, byla voda v horních vrstvách půdy obvykle nalezena 2–5%. V květnu letošního roku však narazil na oblast, ve které je buď mnohem více vody, nebo jsou přítomny nějaké neobvyklé chemikálie. Rover byl nasazen a vrátil se na podezřelé místo. V důsledku toho se ukázalo, že tamní půda je pro Mars opravdu neobvyklá a skládá se převážně z oxidu křemičitého. “

- S generací je vše zhruba jasné. A jak probíhá samotná detekce neutronů?

- Detekujeme nízkoenergetické neutrony pomocí proporcionálních čítačů na bázi helia-3- fungují v DAN, LEND, MGNS a všech našich dalších zařízeních. Neutron uvězněný v héliu-3 „rozbije“své jádro na dvě částice, které jsou následně zrychleny v magnetickém poli, čímž vznikne lavinová reakce a na výstupu proudový impuls (elektrony).

obraz
obraz

Maxim Mokrousov a Sergey Kapitsa. Foto: Z osobního archivu

Vysokoenergetické neutrony jsou ve scintilátoru detekovány záblesky, které vytvářejí při dopadu - obvykle organický plast, například stilbene. Gama paprsky mohou detekovat krystaly na bázi lanthanu a bromu. Současně se v poslední době objevily ještě účinnější krystaly na bázi ceru a bromu, používáme je v jednom z našich nejnovějších detektorů, které příští rok poletí na Merkur.

- A přesto, proč jsou západní spektrografy vybírány v přesně stejných otevřených soutěžích západních vesmírných agentur, ostatní nástroje jsou také západní a detektory neutronů jsou znovu a znovu ruské?

- Celkově je to všechno o jaderné fyzice: v této oblasti stále zůstáváme jednou z předních zemí na světě. Nejde jen o zbraně, ale také o množství souvisejících technologií, jimiž se naši vědci zabývají. I za sovětské éry se nám zde podařilo dosáhnout tak dobrého základu, že ani v devadesátých letech nebylo možné o všechno úplně přijít, ale dnes opět zvyšujeme tempo.

Mělo by být zřejmé, že samotné západní agentury za tato naše zařízení neplatí ani korunu. Všechny jsou vyrobeny z peněz Roscosmosu, což je náš příspěvek k zahraničním misím. Výměnou za to získáváme vysoký status účastníků mezinárodních projektů průzkumu vesmíru a navíc prioritní přímý přístup k vědeckým údajům, které naše nástroje shromažďují.

Tyto výsledky předáváme po zpracování, proto jsme právem považováni za spoluautory všech zjištění, která byla učiněna díky našim zařízením. Proto jsou všechny významné události s detekcí přítomnosti vody na Marsu a Měsíci, ne-li zcela, v mnoha ohledech naším výsledkem.

Znovu si můžeme připomenout jeden z našich prvních detektorů HEND, který stále funguje na palubě americké sondy Mars Odyssey. Díky němu byla poprvé sestavena mapa obsahu vodíku v povrchových vrstvách Rudé planety.

HEND neutronový spektrometr

Použití: kosmická loď Mars Odyssey (NASA), 2001 až dosud. Hmotnost: 3,7 kg. Příkon: 5,7 W. Hlavní výsledky: mapy zeměpisných šířek distribuce vodního ledu na severu a jihu Marsu s rozlišením asi 300 km, pozorování sezónních změn v cirkumpolárních čepicích.

Maxim Mokrousov: „Bez falešné skromnosti mohu říci, že na Marsu Odyssey, která bude brzy na oběžné dráze po dobu 15 let, již téměř všechny přístroje začaly selhávat a pouze ten náš funguje bez problémů dál. Pracuje v tandemu s gama detektorem, což s ním efektivně představuje jeden nástroj a pokrývá širokou škálu energií částic."

- Když mluvíme o výsledcích, jaké vědecké úkoly taková zařízení plní?

- Neutrony jsou částice nejcitlivější na vodík, a pokud jsou jeho atomy přítomny kdekoli v půdě, neutrony jsou svými jádry účinně inhibovány. Na Měsíci nebo Marsu mohou být vytvořeny galaktickými kosmickými paprsky nebo emitovány speciální neutronovou zbraní a ve skutečnosti měříme neutrony odražené půdou: čím méně jich je, tím více vodíku.

Vodík je zase s největší pravděpodobností voda, buď v relativně čisté zmrazené formě, nebo vázaný ve složení hydratovaných minerálů. Řetězec je jednoduchý: neutrony - vodík - voda, proto je hlavním úkolem našich neutronových detektorů právě hledání zásob vody.

Jsme praktičtí lidé a veškerá tato práce se provádí pro budoucí mise s posádkou na stejný Měsíc nebo Mars, pro jejich rozvoj. Pokud na ně přistanete, pak je voda samozřejmě tím nejvýznamnějším zdrojem, který bude potřeba buď dodat, nebo extrahovat lokálně. Elektřinu lze získat ze solárních panelů nebo jaderných zdrojů. Voda je obtížnější: například hlavním nákladem, který musí nákladní lodě dnes dodat ISS, je voda. Pokaždé to vezmou 2–2,5 tuny.

Detektor neutronů LEND

Použití: kosmická loď Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA), 2009 až dosud. Hmotnost: 26,3 kg. Spotřeba energie: 13W Hlavní výsledky: objev potenciálních zásob vody na jižním pólu Měsíce; konstrukce globální mapy neutronového záření Měsíce s prostorovým rozlišením 5–10 km.

Maxim Mokrousov: „V LENDU jsme již použili kolimátor na bázi boru-10 a polyetylenu, který blokuje neutrony po stranách zorného pole zařízení. Více než zdvojnásobil hmotnost detektoru, ale umožnil dosáhnout většího rozlišení při pozorování měsíčního povrchu - myslím, že to byla hlavní výhoda zařízení, která nám umožnila znovu obejít naše kolegy z Los Alamos. “

- Kolik takových zařízení již bylo vyrobeno? A kolik se plánuje?

- Je snadné je uvést: již provozují RUČNĚ na Mars Odyssey a LEND na lunárním LRO, DAN na roveru Curiosity a BTN-M1 nainstalovaném na ISS. Stojí za to přidat k tomu detektor NS-HEND, který byl součástí ruské sondy „Phobos-Grunt“a bohužel byl spolu s ním ztracen. Nyní, v různých fázích připravenosti, máme další čtyři taková zařízení.

obraz
obraz

BTN-M1. Foto: Space Research Institute RAS

První z nich - příští léto - poletí s detektorem FREND, stane se součástí společné mise s EU ExoMars. Tato mise je velmi rozsáhlá a bude zahrnovat orbiter, lander a malý rover, který bude vypuštěn samostatně v letech 2016-2018. FREND bude pracovat na oběžné sondě a na ní použijeme stejný kolimátor jako na lunárním LEND k měření obsahu vody na Marsu se stejnou přesností, s jakou to bylo provedeno pro Měsíc. Mezitím máme tato data pro Mars pouze v poměrně hrubé aproximaci.

Mercuriánský gama a neutronový spektrometr (MGNS), který bude fungovat na sondě BepiColombo, je již dlouho připraven a předán našim evropským partnerům. Plánuje se, že vypuštění proběhne v roce 2017, přičemž v rámci kosmické lodi již probíhají poslední testy termálního vakua nástroje.

Připravujeme také nástroje pro ruské mise-jedná se o dva detektory ADRON, které budou fungovat jako součást sestupových vozidel Luna-Glob, a poté Luna-Resurs. Detektor BTN-M2 je navíc v provozu. Bude nejen provádět pozorování na palubě ISS, ale také umožní vypracovat různé metody a materiály pro účinnou ochranu astronautů před neutronovou složkou kosmického záření.

BTN-M1 neutronový detektor

Použití: Mezinárodní vesmírná stanice (Roscosmos, NASA, ESA, JAXA atd.), Od roku 2007. Hmotnost: 9,8 kg. Spotřeba energie: 12,3 W. Hlavní výsledky: byly konstruovány mapy toků neutronů v blízkosti ISS, radiační situace na stanici byla hodnocena v souvislosti s aktivitou Slunce, probíhal experiment pro registraci kosmických záblesků gama záření.

Maxim Mokrousov: „Po zapojení do tohoto projektu jsme byli docela překvapeni: koneckonců různé formy záření jsou ve skutečnosti různé částice, včetně elektronů, protonů a neutronů. Současně se ukázalo, že neutronová složka radiačního nebezpečí ještě nebyla řádně změřena, a to je její obzvláště nebezpečná forma, protože neutrony je extrémně obtížné detekovat pomocí konvenčních metod. “

- Do jaké míry lze těmto zařízením sama říkat ruská? Je v nich podíl prvků a částí domácí produkce vysoký?

- Zde, v IKI RAS, byla zavedena plnohodnotná strojírenská výroba. Máme také všechna potřebná testovací zařízení: šokový stojan, vibrační stojan, tepelnou vakuovou komoru a komoru pro testování elektromagnetické kompatibility … Ve skutečnosti potřebujeme pouze výrobu třetích stran pro jednotlivé komponenty - například desky plošných spojů. Pomáhají nám s tím partneři z Výzkumného ústavu elektronické a výpočetní techniky (NIITSEVT) a řady komerčních podniků.

Dříve naše nástroje samozřejmě měly hodně, asi 80%, importovaných komponent. Nyní jsou však nová zařízení, která vyrábíme, téměř kompletně sestavena z domácích komponent. Myslím si, že v blízké budoucnosti v nich nebude více než 25% dovozu a v budoucnu budeme moci záviset na zahraničních partnerech ještě méně.

Mohu říci, že domácí mikroelektronika udělala v posledních letech skutečný skok kupředu. Před osmi lety se u nás elektronické desky vhodné pro naše úkoly vůbec nevyráběly. Nyní existují zelenogradské podniky „Angstrem“, „Elvis“a „Milandr“, existuje Voronezh NIIET - výběr je dostačující. Dýchalo se nám snadněji.

Nejvíce urážející je absolutní závislost na výrobcích scintilačních krystalů pro naše detektory. Pokud vím, probíhají pokusy o jejich pěstování v jednom z ústavů Černogolovky u Moskvy, ale zatím se jim nepodařilo dosáhnout požadovaných rozměrů a objemů superčistého krystalu. V tomto ohledu se proto musíme stále spoléhat na evropské partnery, přesněji na koncern Saint-Gobain. Na tomto trhu je však koncern úplným monopolistou, a proto celý svět zůstává v závislé pozici.

Doporučuje: