Avrupa ve Amerikan sondaları tarafından Mars ve Ay'da su keşfi, öncelikle Rus bilim adamlarının bir meziyetidir.
Avrupa ve Amerikan misyonları tarafından yapılan yeni buluntuların düzenli raporlarının ardında, bu keşiflerin çoğunun Rus bilim adamları, mühendisler ve tasarımcıların çalışmaları sayesinde yapıldığı kamuoyunun dikkatinden kaçıyor. Bu tür keşifler arasında, bize en yakın ve daha önce göründüğü gibi tamamen kuru gök cisimleri - Ay ve Mars'ta su izlerinin tespiti özellikle vurgulanabilir. Burada su bulmaya yardımcı olan yabancı cihazlar üzerinde çalışan Rus nötron dedektörleriydi ve gelecekte insanlı seferler sağlamaya yardımcı olacaklar. RAS, Uzay Araştırmaları Enstitüsü (IKI) Nükleer Fizik Cihazları Laboratuvarı Başkanı Maxim Mokrousov, Rus Gezegenine Batılı uzay ajanslarının neden Rus nötron dedektörlerini tercih ettiğini anlattı.
- Uzay aracı - yörüngede dönen, iniş yapan ve geziciler - tüm enstrüman setlerini taşır: spektrometreler, altimetreler, gaz kromatografları, vb. Nötron dedektörleri neden birçoğunda Rus? Bunun nedeni nedir?
- Bu, bu tür görevlerin organizatörleri tarafından yürütülen açık ihalelerdeki projelerimizin zaferinden kaynaklanmaktadır. Rakiplerimiz gibi biz de bir teklif sunarız ve cihazımızın verilen cihaz için en uygun olduğunu kanıtlamaya çalışırız. Ve şimdi birkaç kez başarıyla başardık.
Bu tür yarışmalarda her zamanki rakibimiz, Manhattan Projesi'nin uygulandığı ve ilk atom bombasının yapıldığı Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'dır. Ancak, örneğin, sahip olduğumuz yeni teknolojiyi öğrendikten sonra, laboratuvarımız MSL (Curiosity) gezici için bir nötron dedektörü yapmak üzere özel olarak davet edildi. Amerikan gezgini için yaratılan DAN, aktif parçacık üretimine sahip ilk nötron dedektörü oldu. Aslında iki bölümden oluşur - dedektörün kendisi ve çok yüksek hızlara hızlanan elektronların trityum hedefine çarptığı jeneratör ve aslında, nötronların salınmasıyla minyatür de olsa tam teşekküllü bir termonükleer reaksiyon meydana gelir.
Amerikalılar bu tür jeneratörlerin nasıl yapıldığını bilmiyorlar, ancak Dukhov'un adını taşıyan Moskova Otomasyon Araştırma Enstitüsü'nden meslektaşlarımız tarafından yaratıldı. Sovyet döneminde, nükleer savaş başlıkları için sigortaların geliştirildiği kilit bir merkezdi ve bugün ürünlerinin bir kısmı sivil, ticari amaçlar için kullanılıyor. Genel olarak, jeneratörlü bu tür dedektörler, örneğin petrol rezervlerinin araştırılmasında kullanılır - bu teknolojiye nötron kaydı denir. Biz sadece bu yaklaşımı aldık ve gezici için kullandık; şimdiye kadar kimse bunu yapmadı.
Aktif nötron dedektörü DAN
Kullanım: Mars Bilim Laboratuvarı / Merak (NASA) gezgini, 2012'den günümüze. Ağırlık: 2,1 kg (nötron dedektörü), 2,6 kg (nötron jeneratörü). Güç tüketimi: 4,5 W (dedektör), 13 W (jeneratör). Ana sonuçlar: gezici rotası boyunca 1 m derinlikte zemindeki bağlı suyun tespiti.
Maxim Mokrousov: “Gezi aracının geçtiği 10 kilometrelik yolun neredeyse tamamı boyunca, toprağın üst katmanlarındaki su genellikle %2–5 bulundu. Ancak, bu yılın Mayıs ayında, ya çok daha fazla su bulunan ya da bazı olağandışı kimyasalların bulunduğu bir alana rastladı. Gezici konuşlandırıldı ve şüpheli bir yere geri döndü. Sonuç olarak, oradaki toprağın Mars için gerçekten sıra dışı olduğu ve esas olarak silikon oksitten oluştuğu ortaya çıktı."
- Nesil ile her şey kabaca açıktır. Ve nötron tespitinin kendisi nasıl gerçekleşir?
- Düşük enerjili nötronları helyum-3'e dayalı orantılı sayaçlarla tespit ediyoruz - DAN, LEND, MGNS ve diğer tüm cihazlarımızda çalışıyorlar. Helyum-3'te sıkışan bir nötron, çekirdeğini iki parçacığa "parçalar", bunlar daha sonra bir manyetik alanda hızlandırılarak çığ reaksiyonu ve çıkışta bir akım darbesi (elektronlar) oluşturur.
Maxim Mokrousov ve Sergey Kapitsa. Fotoğraf: Kişisel arşivden
Yüksek enerjili nötronlar, sintilatöre çarptıklarında oluşturdukları flaşlarla - genellikle stilben gibi organik plastik - tespit edilir. Gama ışınları, lantan ve brom bazlı kristalleri algılayabilir. Aynı zamanda, son zamanlarda seryum ve brom bazlı daha da verimli kristaller ortaya çıktı, bunları önümüzdeki yıl Merkür'e uçacak olan en yeni dedektörlerimizden birinde kullanıyoruz.
- Ve yine de neden Batılı uzay ajanslarının tamamen aynı açık yarışmalarında Batılı spektrograflar seçiliyor, diğer araçlar da Batılı ve nötron dedektörleri tekrar tekrar Rus oluyor?
- Genel olarak, her şey nükleer fizikle ilgili: bu alanda hala dünyanın önde gelen ülkelerinden biri olmaya devam ediyoruz. Bu sadece silahlarla ilgili değil, aynı zamanda bilim adamlarımızın uğraştığı ilgili teknolojilerin kütlesiyle de ilgili. Sovyet döneminde bile, burada o kadar iyi bir temel oluşturmayı başardık ki, 1990'larda bile her şeyi tamamen kaybetmek mümkün değildi, ancak bugün yine hızımızı artırıyoruz.
Batılı kurumların kendilerinin bu cihazlarımız için bir kuruş ödemediği anlaşılmalıdır. Hepsi, yabancı misyonlara katkımız olarak Roscosmos'un parasıyla yapılıyor. Bunun karşılığında, uluslararası uzay araştırma projelerinde yüksek bir katılımcı statüsü ve ayrıca araçlarımızın topladığı bilimsel verilere öncelikli doğrudan erişim elde ediyoruz.
Bu sonuçları işlendikten sonra iletiyoruz, bu nedenle cihazlarımız sayesinde yapılan tüm bulguların ortak yazarları olarak haklı olarak kabul ediliyoruz. Bu nedenle, Mars ve Ay'da su varlığının tespiti ile ilgili tüm yüksek profilli olaylar, tamamen olmasa da, birçok açıdan sonucumuzdur.
Amerikan Mars Odyssey sondasında halen çalışmakta olan ilk dedektörlerimizden biri olan HEND'i bir kez daha hatırlayabiliriz. Kızıl Gezegenin yüzey katmanlarındaki hidrojen içeriği haritasının ilk kez derlenmesi onun sayesinde oldu.
HEND nötron spektrometresi
Kullanım: Mars Odyssey (NASA) uzay aracı, 2001'den günümüze. Ağırlık: 3, 7 kg. Güç tüketimi: 5,7 W Ana sonuçlar: Mars'ın kuzeyinde ve güneyinde yaklaşık 300 km'lik bir çözünürlükle su buzu dağılımının yüksek enlem haritaları, dairesel kutuplardaki mevsimsel değişikliklerin gözlemlenmesi.
Maxim Mokrousov: “Sahte tevazu olmadan, yakında 15 yıl boyunca yörüngede olacak olan Mars Odyssey'de neredeyse tüm enstrümanların arızalanmaya başladığını ve sadece bizimkilerin sorunsuz çalışmaya devam ettiğini söyleyebilirim. Bir gama dedektörü ile birlikte çalışır, onunla tek bir aleti etkin bir şekilde temsil eder ve çok çeşitli parçacık enerjilerini kapsar.
- Madem sonuçlardan bahsediyoruz, bu tür cihazlarla ne tür bilimsel görevler yapılıyor?
- Nötronlar, hidrojene en duyarlı parçacıklardır ve atomları toprağın herhangi bir yerinde mevcutsa, nötronlar çekirdekleri tarafından etkili bir şekilde inhibe edilir. Ay'da veya Mars'ta, galaktik kozmik ışınlar tarafından oluşturulabilir veya özel bir nötron tabancası tarafından yayılabilirler ve aslında topraktan yansıyan nötronları ölçüyoruz: ne kadar az varsa, o kadar hidrojen.
Eh, hidrojen de, büyük olasılıkla, nispeten saf bir şekilde donmuş halde veya hidratlı minerallerin bileşimine bağlı olarak sudur. Zincir basittir: nötronlar - hidrojen - su, bu nedenle nötron dedektörlerimizin ana görevi tam olarak su rezervlerini aramaktır.
Biz pratik insanlarız ve tüm bu çalışmalar, gelişimleri için aynı Ay veya Mars'a gelecekteki insanlı görevler için yapılır. Eğer üzerlerine inerseniz, su, elbette, yerel olarak verilmesi veya çıkarılması gereken en önemli kaynaktır. Elektrik güneş panellerinden veya nükleer kaynaklardan elde edilebilir. Su daha zordur: örneğin, bugün kargo gemilerinin ISS'ye teslim etmesi gereken ana kargo sudur. Her seferinde 2-2,5 ton alıyorlar.
LEND nötron dedektörü
Kullanım: Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA) uzay aracı, 2009'dan günümüze. Ağırlık: 26,3 kg. Güç Tüketimi: 13W Ana sonuçlar: Ay'ın Güney Kutbu'ndaki potansiyel su rezervlerinin keşfi; 5-10 km uzamsal çözünürlüğe sahip Ay'ın nötron radyasyonunun küresel haritasının yapımı.
Maxim Mokrousov: “LEND'de zaten cihazın görüş alanının kenarlarındaki nötronları bloke eden boron-10 ve polietilen bazlı bir kolimatör kullandık. Dedektörün kütlesini iki katından fazla artırdı, ancak ay yüzeyini gözlemlerken daha fazla çözünürlük elde etmeyi mümkün kıldı - bence bu, cihazın Los Alamos'tan meslektaşlarımızı tekrar atlamamıza izin veren ana avantajıydı."
- Şimdiye kadar kaç tane böyle cihaz yapıldı? Ve ne kadar planlanıyor?
- Listelenmesi kolaydır: Mars Odyssey'de HAND ve ay LRO'da LEND, Curiosity gezicisinde DAN ve ayrıca ISS'de kurulu BTN-M1'i zaten kullanıyorlar. Buna, Rus "Phobos-Grunt" sondasına dahil olan ve ne yazık ki onunla birlikte kaybolan NS-HEND dedektörünü eklemeye değer. Şimdi, hazırlığın farklı aşamalarında, bu tür dört cihazımız daha var.
BTN-M1. Fotoğraf: Uzay Araştırma Enstitüsü RAS
Bunlardan ilki - gelecek yaz - FREND dedektörünü uçuracak, AB ExoMars ile ortak misyonun bir parçası olacak. Bu görev çok büyük ölçekli, 2016-2018 yıllarında ayrı ayrı fırlatılacak bir yörünge aracı, bir iniş aracı ve küçük bir gezici içerecek. FREND yörüngede dönen bir sonda üzerinde çalışacak ve biz de Mars'taki su içeriğini Ay için yapıldığı doğrulukla ölçmek için Ay LEND'dekiyle aynı kolimatörü kullanıyoruz. Bu arada, Mars için bu verilere yalnızca oldukça kaba bir yaklaşımla sahibiz.
BepiColombo sondasında çalışacak olan Mercurian gama ve nötron spektrometresi (MGNS), uzun süredir hazırdı ve Avrupalı ortaklarımıza teslim edildi. Fırlatmanın 2017 yılında gerçekleşmesi planlanırken, cihazın son termal vakum testleri uzay aracının bir parçası olarak halihazırda devam ediyor.
Ayrıca Rus misyonları için araçlar hazırlıyoruz - bunlar Luna-Glob iniş araçlarının bir parçası olarak çalışacak iki ADRON dedektörü ve ardından Luna-Resurs. Ayrıca BTN-M2 dedektörü çalışır durumda. Sadece ISS'de gözlemler yapmakla kalmayacak, aynı zamanda astronotların kozmik radyasyonun nötron bileşeninden etkili bir şekilde korunması için çeşitli yöntemler ve materyaller üzerinde çalışmayı mümkün kılacaktır.
BTN-M1 nötron dedektörü
Kullanım: Uluslararası Uzay İstasyonu (Roscosmos, NASA, ESA, JAXA, vb.), 2007'den beri. Ağırlık: 9,8 kg. Güç Tüketimi: 12,3W Ana sonuçlar: ISS çevresindeki nötron akılarının haritaları oluşturuldu, istasyondaki radyasyon durumu Güneş'in aktivitesi ile bağlantılı olarak değerlendirildi, kozmik gama ışını patlamalarını kaydetmek için bir deney yapıldı.
Maxim Mokrousov: “Bu projeye katıldığımızda oldukça şaşırdık: sonuçta, farklı radyasyon biçimleri elektronlar, protonlar ve nötronlar dahil olmak üzere farklı parçacıklardır. Aynı zamanda, radyasyon tehlikesinin nötron bileşeninin henüz düzgün bir şekilde ölçülmediği ve bunun özellikle tehlikeli bir şekli olduğu ortaya çıktı, çünkü nötronları geleneksel yöntemlerle taramak son derece zor."
- Bu cihazların kendilerine ne ölçüde Rusça denilebilir? Bunlarda yerli üretim unsurlarının ve parçalarının payı yüksek midir?
- Burada, IKI RAS'ta tam teşekküllü bir mekanik üretim kuruldu. Ayrıca gerekli tüm test tesislerine sahibiz: bir şok standı, bir titreşim standı, bir termal vakum odası ve elektromanyetik uyumluluğu test etmek için bir oda … Aslında, tek tek bileşenler için yalnızca üçüncü taraf üretimine ihtiyacımız var - örneğin, baskılı devre kartı. Elektronik ve Bilgisayar Teknolojisi Araştırma Enstitüsü'nün (NIITSEVT) ortakları ve bir dizi ticari işletme bu konuda bize yardımcı oluyor.
Daha önce, elbette, enstrümanlarımızda çok fazla, yaklaşık %80 oranında ithal bileşen vardı. Ancak artık ürettiğimiz yeni cihazlar neredeyse tamamen yerli bileşenlerden oluşuyor. Yakın gelecekte ithalatın %25'inden fazlasının olmayacağını ve gelecekte yabancı ortaklara daha da az bağımlı hale geleceğimizi düşünüyorum.
Yerli mikroelektroniğin son yıllarda ciddi bir sıçrama yaptığını söyleyebilirim. Sekiz yıl önce ülkemizde görevimize uygun elektronik kartlar hiç üretilmiyordu. Şimdi Zelenograd işletmeleri "Angstrem", "Elvis" ve "Milandr" var, Voronezh NIIET var - seçim yeterli. Nefes almak bizim için daha kolay hale geldi.
En rahatsız edici şey, dedektörlerimiz için sintilatör kristallerinin üreticilerine mutlak bağımlılıktır. Bildiğim kadarıyla, onları Moskova yakınlarındaki Chernogolovka enstitülerinden birinde yetiştirmek için girişimlerde bulunuluyor, ancak henüz süper saf bir kristalin gerekli boyutlarını ve hacimlerini elde etmeyi başaramadılar. Bu nedenle, bu konuda hala Avrupalı ortaklara, daha doğrusu Saint-Gobain endişesine güvenmek zorundayız. Ancak, bu pazarda endişe tam bir tekeldir, bu nedenle tüm dünya bağımlı bir konumda kalır.
