Penemuan air di Marikh dan Bulan oleh penyiasat Eropah dan Amerika adalah kebiasaan para saintis Rusia
Di sebalik laporan berkala mengenai penemuan baru yang dibuat oleh misi Eropah dan Amerika, ini tidak menarik perhatian orang ramai bahawa banyak penemuan ini dibuat berkat karya saintis, jurutera dan pereka Rusia. Di antara penemuan tersebut, seseorang dapat menonjolkan pengesanan jejak air yang paling dekat dengan kita dan, seperti sebelumnya, badan langit kering - Bulan dan Marikh. Pengesan neutron Rusia, yang menggunakan alat asing, membantu mencari air di sini, dan di masa depan mereka akan membantu menyediakan ekspedisi berawak. Maxim Mokrousov, Ketua Makmal Peranti Fizik Nuklear di Institut Penyelidikan Angkasa (IKI), RAS, memberitahu Planet Rusia mengapa agensi angkasa Barat lebih suka pengesan neutron Rusia.
- Kapal angkasa - mengorbit, mendarat, dan merayap - membawa seluruh set instrumen: spektrometer, altimeter, kromatograf gas, dan lain-lain. Mengapa pengesan neutron pada kebanyakannya Rusia? Apakah sebabnya?
- Ini disebabkan kemenangan projek kami di tender terbuka, yang dilaksanakan oleh pihak penganjur misi tersebut. Seperti pesaing kami, kami mengemukakan tawaran dan cuba membuktikan bahawa peranti kami adalah optimum untuk peranti yang diberikan. Dan sekarang beberapa kali kita berjaya.
Saingan biasa kami dalam pertandingan tersebut adalah Los Alamos National Laboratory, yang sama di mana Projek Manhattan dilaksanakan dan bom atom pertama dibuat. Tetapi, sebagai contoh, makmal kami dijemput khas untuk membuat pengesan neutron untuk MSL (Curiosity) rover, setelah mengetahui tentang teknologi baru yang kami ada. Dicipta untuk rover Amerika, DAN menjadi pengesan neutron pertama dengan penjanaan zarah aktif. Ia sebenarnya terdiri daripada dua bahagian - pengesan itu sendiri dan penjana, di mana elektron yang dipercepat hingga berkelajuan tinggi mencapai sasaran tritium dan, sebenarnya, reaksi termonuklear penuh, walaupun miniatur, dengan pelepasan neutron berlaku.
Orang Amerika tidak tahu bagaimana membuat penjana seperti itu, tetapi ia dihasilkan oleh rakan sekerja kami dari Institut Automasi Penyelidikan Moscow yang diberi nama Dukhov. Pada zaman Soviet, ia adalah pusat utama di mana sekering untuk hulu ledak nuklear dikembangkan, dan hari ini sebahagian produknya adalah untuk tujuan awam dan komersial. Secara umum, alat pengesan seperti ini dengan generator digunakan, misalnya, dalam penerokaan rizab minyak - teknologi ini disebut penebangan neutron. Kami hanya mengambil pendekatan ini dan menggunakannya untuk rover; sehingga kini tidak ada yang melakukan ini.
Pengesan neutron aktif DAN
Penggunaan: Mars Science Laboratory / Curiosity (NASA), 2012 hingga sekarang. Berat: 2.1 kg (pengesan neutron), 2.6 kg (penjana neutron). Penggunaan kuasa: 4.5 W (pengesan), 13 W (penjana). Hasil utama: pengesanan air terikat di tanah pada kedalaman 1 m di sepanjang laluan rover.
Maxim Mokrousov: "Di sepanjang jalan sepanjang 10 kilometer yang dilalui oleh rover, air di lapisan atas tanah biasanya dijumpai 2-5%. Namun, pada bulan Mei tahun ini, dia menemukan kawasan di mana terdapat lebih banyak air, atau ada bahan kimia yang tidak biasa. Rover dikerahkan dan kembali ke lokasi yang mencurigakan. Akibatnya, ternyata tanah di sana benar-benar tidak biasa untuk Marikh dan terdiri terutamanya dari silikon oksida."
- Dengan generasi, semuanya jelas. Dan bagaimana pengesanan neutron itu sendiri berlaku?
- Kami mengesan neutron tenaga rendah dengan pembilang berkadar berdasarkan helium-3 - mereka berfungsi di DAN, LEND, MGNS dan semua peranti kami yang lain. Neutron yang terperangkap dalam helium-3 "memecah" intinya menjadi dua zarah, yang kemudian dipercepat dalam medan magnet, mewujudkan reaksi longsoran dan, di pintu keluar, nadi arus (elektron).
Maxim Mokrousov dan Sergey Kapitsa. Foto: Dari arkib peribadi
Neutron bertenaga tinggi dikesan di kilau oleh kilatan yang mereka buat ketika memukulnya - biasanya plastik organik, seperti stilbene. Nah, sinar gamma dapat mengesan kristal berdasarkan lanthanum dan bromin. Pada masa yang sama, kristal yang lebih cekap berdasarkan cerium dan bromin telah muncul baru-baru ini, kami menggunakannya dalam salah satu pengesan terbaru kami, yang akan terbang ke Mercury tahun depan.
- Namun mengapa spektrograf Barat dipilih dalam persaingan terbuka yang sama dari agensi angkasa Barat, instrumen lain juga Barat, dan pengesan neutron adalah Rusia berulang-ulang kali?
- Pada umumnya, ini adalah mengenai fizik nuklear: di kawasan ini, kita masih kekal sebagai salah satu negara terkemuka di dunia. Ini bukan hanya mengenai senjata, tetapi juga mengenai banyaknya teknologi berkaitan yang diusahakan oleh saintis kita. Walaupun semasa era Soviet, kita berjaya mencapai landasan yang baik di sini sehingga pada tahun 1990-an tidak mungkin kehilangan segalanya sepenuhnya, tetapi hari ini kita kembali meningkatkan kadarnya.
Perlu difahami bahawa agensi Barat sendiri tidak membayar sedikit pun untuk peranti ini. Kesemuanya dibuat dengan wang Roscosmos, sebagai sumbangan kami untuk misi asing. Sebagai pertukaran untuk ini, kami menerima status tinggi peserta dalam projek penerokaan angkasa antarabangsa, dan sebagai tambahan, akses langsung keutamaan ke data saintifik yang dikumpulkan oleh instrumen kami.
Kami menghantar hasil ini setelah diproses, oleh itu, kami dianggap sebagai pengarang bersama semua penemuan yang dibuat berkat peranti kami. Oleh itu, semua peristiwa berprofil tinggi dengan pengesanan kehadiran air di Marikh dan Bulan adalah, jika tidak sepenuhnya, maka dalam banyak aspek adalah hasil kita.
Kami sekali lagi dapat mengingat salah satu pengesan pertama kami, HEND, yang masih beroperasi di dalam penyelidikan American Mars Odyssey. Terima kasih kepadanya bahawa peta kandungan hidrogen di lapisan permukaan Planet Merah pertama kali disusun.
Spektrometer neutron HEND
Penggunaan: Kapal angkasa Mars Odyssey (NASA), 2001 hingga sekarang. Berat: 3, 7 kg. Penggunaan kuasa: 5.7 W. Hasil utama: peta lintang tinggi taburan ais air di utara dan selatan Marikh dengan resolusi sekitar 300 km, pemerhatian perubahan musim pada topi bundar.
Maxim Mokrousov: "Tanpa kesopanan palsu, saya dapat mengatakan bahawa di Mars Odyssey, yang akan segera berada di orbit selama 15 tahun, hampir semua instrumen sudah mulai berfungsi, dan hanya alat muzik kita yang terus berfungsi tanpa masalah. Ia berfungsi bersamaan dengan alat pengesan gamma, dengan berkesan mewakili satu instrumen dengannya, yang meliputi pelbagai tenaga zarah."
- Oleh kerana kita membincangkan hasilnya, apa jenis tugas ilmiah yang dilakukan oleh alat seperti itu?
- Neutron adalah zarah yang paling sensitif terhadap hidrogen, dan jika atomnya terdapat di mana saja di dalam tanah, neutron secara efektif dihambat oleh inti mereka. Di Bulan atau Marikh, mereka dapat diciptakan oleh sinar kosmik galaksi atau dipancarkan oleh senapang neutron khas, dan kita sebenarnya mengukur neutron yang dipantulkan oleh tanah: semakin sedikit di dalamnya, semakin banyak hidrogen.
Oleh itu, hidrogen pada gilirannya, kemungkinan besar air, sama ada dalam bentuk beku yang agak tulen, atau terikat dalam komposisi mineral terhidrat. Rantai itu mudah: neutron - hidrogen - air, oleh itu tugas utama pengesan neutron kami adalah dengan tepat mencari cadangan air.
Kami adalah orang yang praktikal, dan semua kerja ini dilakukan untuk misi berawak masa depan ke Bulan atau Marikh yang sama, untuk pengembangannya. Sekiranya anda mendarat di atasnya, tentu saja air merupakan sumber paling penting yang perlu dihantar atau diekstrak secara tempatan. Tenaga elektrik boleh diperoleh dari panel solar atau sumber nuklear. Air lebih sukar: sebagai contoh, kargo utama yang harus dihantar kapal kargo ke ISS hari ini adalah air. Setiap kali mereka mengambilnya 2-2,5 tan.
Pengesan neutron LEND
Penggunaan: Kapal angkasa Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA), 2009 hingga kini. Berat: 26.3 kg. Penggunaan Kuasa: 13W Hasil utama: penemuan potensi simpanan air di Kutub Selatan Bulan; pembinaan peta global radiasi neutron Bulan dengan resolusi spasial 5-10 km.
Maxim Mokrousov: "Dalam LEND kami sudah menggunakan collimator berdasarkan boron-10 dan polyethylene, yang menyekat neutron di sisi bidang pandang peranti. Ini lebih dari dua kali ganda jisim pengesan, tetapi memungkinkan untuk mencapai resolusi yang lebih besar ketika memerhatikan permukaan bulan - saya rasa ini adalah kelebihan utama peranti ini, yang membolehkan kita memintas rakan sekerja kita dari Los Alamos lagi."
- Berapa banyak peranti yang telah dibuat? Dan berapa banyak yang dirancang?
- Mereka mudah disenaraikan: mereka sudah menggunakan HAND di Mars Odyssey dan LEND pada LRO lunar, DAN di Curiosity rover, serta BTN-M1 yang dipasang di ISS. Perlu ditambah dengan ini pengesan NS-HEND, yang dimasukkan dalam siasatan Rusia "Phobos-Grunt" dan, sayangnya, hilang bersama dengannya. Kini, pada tahap kesediaan yang berbeza, kami mempunyai empat lagi peranti seperti itu.
BTN-M1. Foto: Institut Penyelidikan Angkasa RAS
Yang pertama - musim panas depan - akan terbang mengesan pengesan FREND, ia akan menjadi sebahagian daripada misi bersama dengan ExoMars EU. Misi ini berskala besar, akan merangkumi pengorbit, pendarat, dan rover kecil, yang akan dilancarkan secara berasingan pada 2016-2018. FREND akan mengusahakan probe yang mengorbit, dan di atasnya kita menggunakan collimator yang sama seperti pada LEND lunar untuk mengukur kandungan air di Mars dengan ketepatan yang sama dengan yang dilakukan untuk Bulan. Sementara itu, kami mempunyai data ini untuk Mars hanya dengan pendekatan yang agak kasar.
Spektrometer gamma dan neutron Mercurian (MGNS), yang akan beroperasi pada probe BepiColombo, telah lama siap dan diserahkan kepada rakan Eropah kita. Ia dirancangkan bahawa pelancaran akan dilakukan pada tahun 2017, sementara ujian vakum termal terakhir instrumen tersebut sudah dilakukan sebagai sebahagian dari kapal angkasa.
Kami juga menyediakan instrumen untuk misi Rusia - ini adalah dua pengesan ADRON, yang akan beroperasi sebagai sebahagian daripada kenderaan keturunan Luna-Glob, dan kemudian Luna-Resurs. Selain itu, alat pengesan BTN-M2 sedang beroperasi. Ia tidak hanya akan melakukan pemerhatian di atas ISS, tetapi juga memungkinkan untuk melakukan pelbagai kaedah dan bahan untuk perlindungan berkesan angkasawan dari komponen neutron dari radiasi kosmik.
Pengesan neutron BTN-M1
Penggunaan: Stesen Angkasa Antarabangsa (Roscosmos, NASA, ESA, JAXA, dll.), Sejak 2007. Berat: 9.8 kg. Penggunaan Kuasa: 12.3W Hasil utama: peta fluks neutron di sekitar ISS dibina, keadaan radiasi di stesen dinilai berkaitan dengan aktiviti Matahari, eksperimen sedang dilakukan untuk mendaftarkan ledakan sinar gamma kosmik.
Maxim Mokrousov: “Setelah terlibat dalam projek ini, kami agak terkejut: sebenarnya, bentuk radiasi yang berlainan adalah zarah yang berbeza, termasuk elektron, dan proton, dan neutron. Pada saat yang sama, ternyata komponen neutron dari bahaya radiasi belum diukur dengan baik, dan ini adalah bentuk yang sangat berbahaya, kerana neutron sangat sukar untuk disaring menggunakan kaedah konvensional."
- Sejauh mana peranti ini boleh dipanggil Rusia? Adakah bahagian elemen dan bahagian pengeluaran domestik tinggi di dalamnya?
- Pengeluaran mekanikal yang lengkap telah dibuat di sini, di IKI RAS. Kami juga mempunyai semua kemudahan ujian yang diperlukan: ruang kejutan, ruang getaran, ruang vakum termal, dan ruang untuk menguji keserasian elektromagnetik … Sebenarnya, kami hanya memerlukan pengeluaran pihak ketiga untuk komponen individu - sebagai contoh, papan litar bercetak. Rakan kongsi dari Institut Penyelidikan Teknologi Elektronik dan Komputer (NIITSEVT) dan sebilangan syarikat komersial membantu kami dalam hal ini.
Sudah tentu, instrumen kami mempunyai banyak, sekitar 80%, komponen import. Walau bagaimanapun, kini peranti baru yang kita hasilkan dipasang sepenuhnya dari komponen domestik. Saya berpendapat bahawa dalam masa terdekat tidak akan ada lebih dari 25% import di dalamnya, dan pada masa akan datang kita akan dapat bergantung lebih sedikit lagi kepada rakan asing.
Saya boleh mengatakan bahawa mikroelektronik domestik telah melonjak maju dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Lapan tahun yang lalu, di negara kita, papan elektronik yang sesuai untuk tugas kita tidak dihasilkan sama sekali. Sekarang ada perusahaan Zelenograd "Angstrem", "Elvis" dan "Milandr", ada Voronezh NIIET - pilihannya sudah mencukupi. Menjadi lebih mudah bagi kami untuk bernafas.
Perkara yang paling menyinggung perasaan adalah pergantungan mutlak kepada pengeluar kristal scintillator untuk pengesan kami. Sejauh yang saya tahu, usaha sedang dilakukan untuk mengembangkannya di salah satu institusi Chernogolovka berhampiran Moscow, tetapi mereka belum berjaya mencapai dimensi dan jumlah kristal superpure yang diperlukan. Oleh itu, dalam hal ini, kita masih harus bergantung pada rakan Eropah, lebih tepatnya, pada keprihatinan Saint-Gobain. Walau bagaimanapun, dalam pasaran ini, perhatian adalah monopoli sepenuhnya, oleh itu seluruh dunia tetap berada dalam kedudukan yang bergantung.
