کشف آب در مریخ و ماه توسط کاوشگرهای اروپایی و آمریکایی در درجه اول شایستگی دانشمندان روسی است
در پشت گزارشات منظم از یافته های جدید بیشتر و بیشتر توسط ماموریت های اروپایی و آمریکایی ، توجه عموم مردم را به خود جلب می کند که بسیاری از این کشفیات به لطف کار دانشمندان ، مهندسان و طراحان روسی انجام شده است. در میان چنین اکتشافاتی ، می توان تشخیص آثار آب را در نزدیکترین و به نظر می رساند ، اجسام آسمانی کاملاً خشک - ماه و مریخ. این آشکارسازهای نوترون روسی بود که روی دستگاه های خارجی کار می کردند که به یافتن آب در اینجا کمک کردند و در آینده به تأمین سفرهای سرنشین دار کمک خواهند کرد. ماکسیم موکرووسف ، رئیس آزمایشگاه تجهیزات فیزیک هسته ای در موسسه تحقیقات فضایی (IKI) ، RAS ، به سیاره روسیه گفت چرا آژانس های فضایی غربی ترجیح می دهند آشکارسازهای نوترون روسی را ترجیح دهند.
- فضاپیماها - در مدار ، فرود و مریخ نوردها - مجموعه ای کامل از ابزارها را حمل می کنند: طیف سنج ، ارتفاع سنج ، کروماتوگراف گازی و غیره. چرا آشکارسازهای نوترونی در بسیاری از آنها روسی هستند؟ دلیل این چیست؟
- این به دلیل پیروزی پروژه های ما در مناقصه های باز است که توسط برگزارکنندگان چنین ماموریت هایی انجام می شود. ما نیز مانند رقبای خود پیشنهاد ارائه می دهیم و سعی می کنیم ثابت کنیم که دستگاه ما برای دستگاه مورد نظر بهینه است. و اکنون چندین بار با موفقیت موفق شده ایم.
رقیب معمول ما در چنین مسابقاتی آزمایشگاه ملی لوس آلاموس است ، همان جایی که پروژه منهتن اجرا شد و اولین بمب اتمی ایجاد شد. اما ، برای مثال ، آزمایشگاه ما به طور خاص دعوت شده بود تا با استفاده از فناوری جدیدی که در اختیار داشتیم ، یک دستگاه تشخیص نوترون برای مریخ نورد MSL (کنجکاوی) بسازد. DAN که برای کاوشگر آمریکایی ایجاد شد ، اولین آشکارساز نوترون با تولید ذرات فعال شد. این در واقع از دو قسمت تشکیل شده است - خود آشکارساز و ژنراتور ، که در آن الکترون ها با سرعت بسیار بالا به هدف تریتیوم برخورد می کنند و در واقع یک واکنش حرارتی هسته ای تمام عیار ، هر چند مینیاتوری ، با انتشار نوترون ها رخ می دهد.
آمریکایی ها نمی دانند چگونه چنین ژنراتورهایی بسازند ، اما توسط همکاران ما از موسسه تحقیقات اتوماسیون مسکو به نام دوخوف ایجاد شده است. در زمان اتحاد جماهیر شوروی ، این مرکز کلیدی بود که در آن فیوزهای کلاهک های هسته ای تولید می شد و امروزه بخشی از محصولات آن برای اهداف غیرنظامی و تجاری است. به طور کلی ، از چنین آشکارسازهایی با ژنراتور ، به عنوان مثال ، در اکتشاف ذخایر نفت استفاده می شود - این فناوری ثبت نوترون نامیده می شود. ما فقط از این روش استفاده کردیم و از آن برای مریخ نورد استفاده کردیم. تا کنون کسی این کار را نکرده است
آشکارساز نوترون فعال DAN
کاربرد: مریخ نورد آزمایشگاه علوم مریخ / کنجکاوی (ناسا) ، 2012 تا کنون. وزن: 2.1 کیلوگرم (آشکارساز نوترون) ، 2.6 کیلوگرم (مولد نوترون). مصرف برق: 4.5 وات (آشکارساز) ، 13 وات (ژنراتور). نتایج اصلی: تشخیص آب بسته شده در زمین در عمق 1 متری در امتداد مسیر مریخ نورد.
ماکسیم موکروسوف: "تقریباً در کل مسیر 10 کیلومتری که مریخ نورد طی کرد ، آب در لایه های بالای خاک معمولاً 2 تا 5 یافت می شد. با این حال ، در ماه مه سال جاری ، او به منطقه ای برخورد کرد که یا آب آن بسیار بیشتر است ، یا برخی مواد شیمیایی غیرمعمول در آن وجود دارد. مریخ نورد مستقر شد و به مکان مشکوک بازگشت.در نتیجه ، مشخص شد که خاک آنجا واقعاً برای مریخ غیر معمول است و عمدتاً از اکسید سیلیکون تشکیل شده است."
- با تولید ، همه چیز تقریباً روشن است. و خود تشخیص نوترون چگونه انجام می شود؟
- ما نوترونهای کم مصرف را با شمارنده های متناسب با هلیوم 3 تشخیص می دهیم- آنها در DAN ، LEND ، MGNS و سایر دستگاه های دیگر ما کار می کنند. نوترونی که در هلیوم -3 به دام افتاده ، هسته خود را به دو ذره "تجزیه" می کند ، که سپس در میدان مغناطیسی شتاب می گیرند ، واکنش بهمن ایجاد می کند و در خروجی ، یک پالس جریان (الکترون) ایجاد می کند.
ماکسیم موکرووسف و سرگئی کاپیتسا. عکس: از بایگانی شخصی
نوترونهای پرانرژی در برقی که به آن برخورد می کنند ، با چشمک هایی که هنگام برخورد با آن ایجاد می کنند - معمولاً پلاستیک ارگانیک ، مانند استیلبن - تشخیص داده می شوند. خوب ، پرتوهای گاما می توانند کریستال های مبتنی بر لانتانیم و برم را تشخیص دهند. در همان زمان ، حتی کریستال های کارآمدتری بر اساس سریم و برم ظاهر شده اند ، ما از آنها در یکی از جدیدترین آشکارسازهای خود استفاده می کنیم ، که سال آینده به عطارد پرواز می کند.
- و اما چرا طیف نگارهای غربی دقیقاً در همان مسابقات باز آژانس های فضایی غربی انتخاب می شوند ، ابزارهای دیگر نیز غربی هستند و آشکارسازهای نوترونی بارها و بارها روسیه هستند؟
- در کل ، همه چیز مربوط به فیزیک هسته ای است: در این زمینه ، ما هنوز یکی از کشورهای پیشرو در جهان هستیم. این نه تنها در مورد سلاح ها بلکه در مورد انبوه فناوری های مرتبط است که دانشمندان ما درگیر آن هستند. حتی در دوران اتحاد جماهیر شوروی ، ما توانستیم به چنین زمینه خوبی در اینجا دست پیدا کنیم که حتی در دهه 1990 امکان از دست دادن همه چیز به طور کامل وجود نداشت ، اما امروز ما دوباره سرعت را افزایش می دهیم.
باید درک کرد که خود آژانس های غربی برای این دستگاه های ما یک سکه نمی پردازند. همه آنها با پول Roscosmos ساخته شده اند ، به عنوان مشارکت ما در ماموریت های خارجی. در مقابل این ، ما رتبه بالایی از شرکت کنندگان در پروژه های بین المللی اکتشاف فضایی را دریافت می کنیم و علاوه بر این ، دسترسی مستقیم اولویت به داده های علمی که ابزارهای ما جمع آوری می کنند ، در اولویت قرار دارد.
ما این نتایج را پس از پردازش منتقل می کنیم ، بنابراین ، ما به حق نویسنده همه یافته هایی هستیم که به لطف دستگاه های ما بدست آمده است. بنابراین ، همه رویدادهای مهم با تشخیص وجود آب در مریخ و ماه ، اگر نه به طور کامل ، در بسیاری از موارد نتیجه ما است.
ما می توانیم یک بار دیگر یکی از اولین آشکارسازهای خود به نام HEND را که هنوز در کاوشگر اودیسه آمریکایی مریخ کار می کند ، به یاد بیاوریم. به لطف او بود که ابتدا نقشه محتوای هیدروژن در لایه های سطحی سیاره سرخ تهیه شد.
طیف سنج نوترونی HEND
کاربرد: فضاپیمای مریخ اودیسه (ناسا) ، 2001 تا کنون. وزن: 3 ، 7 کیلوگرم. مصرف برق: 5.7 وات نتایج اصلی: نقشه های عرض جغرافیایی گسترده توزیع یخ آب در شمال و جنوب مریخ با وضوح حدود 300 کیلومتر ، مشاهده تغییرات فصلی در کلاهک های دور قطبی.
ماکسیم موکرووسف: "بدون حیاء کاذب ، می توانم بگویم که در مریخ اودیسه ، که به زودی به مدت 15 سال در مدار قرار می گیرد ، تقریباً همه ابزارها در حال حاضر شروع به خرابی کرده اند و فقط ابزار ما بدون مشکل به کار خود ادامه می دهد. این دستگاه همزمان با یک آشکارساز گاما کار می کند و به طور م aثر یک ابزار واحد را نشان می دهد و طیف وسیعی از انرژی ذرات را پوشش می دهد."
- از آنجا که ما در مورد نتایج صحبت می کنیم ، چه نوع کارهای علمی توسط چنین دستگاه هایی انجام می شود؟
- نوترونها ذرات بسیار حساس به هیدروژن هستند و اگر اتمهای آن در هر کجای خاک وجود داشته باشد ، نوترونها به طور موثری توسط هسته آنها مهار می شوند. در ماه یا مریخ ، آنها می توانند توسط پرتوهای کیهانی کهکشانی ایجاد شوند یا توسط یک تفنگ نوترونی خاص ساطع شوند ، و ما در واقع نوترونهای منعکس شده توسط خاک را اندازه گیری می کنیم: هرچه تعداد آنها کمتر باشد ، هیدروژن بیشتر است.
خوب ، هیدروژن ، به نوبه خود ، به احتمال زیاد آب است ، یا به شکل منجمد نسبتاً خالص ، یا در ترکیب مواد معدنی هیدراته محدود شده است. این زنجیره ساده است: نوترون - هیدروژن - آب ، بنابراین وظیفه اصلی آشکارسازهای نوترونی ما دقیقاً جستجوی ذخایر آب است.
ما افراد عملی هستیم و همه این کارها برای ماموریت های آینده سرنشین دار به همان ماه یا مریخ ، برای توسعه آنها انجام می شود. اگر بر روی آنها فرود بیایید ، البته آب ، مهمترین منبعی است که باید تحویل داده شود یا به صورت محلی استخراج شود. برق را می توان از صفحات خورشیدی یا منابع هسته ای دریافت کرد. آب مشکل تر است: برای مثال ، اصلی ترین محموله ای که کشتی های باری امروز باید به ISS تحویل دهند ، آب است. هر بار آنها 2-2.5 تن مصرف می کنند.
آشکارساز نوترون LEND
کاربرد: فضاپیمای مدارگرد شناسایی ماه (ناسا) ، 2009 تا کنون. وزن: 26.3 کیلوگرم مصرف برق: 13 وات نتایج اصلی: کشف ذخایر احتمالی آب در قطب جنوبی ماه. ساخت نقشه جهانی تابش نوترونی ماه با وضوح فضایی 5 تا 10 کیلومتر.
ماکسیم موکروسوف: "ما در LEND قبلاً از یک کولیماتور مبتنی بر بور 10 و پلی اتیلن استفاده کرده ایم که نوترون ها را در کناره های میدان دید دستگاه مسدود می کند. این جرم آشکارساز را بیش از دو برابر کرد ، اما این امکان را فراهم کرد که هنگام مشاهده سطح ماه به وضوح بیشتری دست یابیم - من فکر می کنم این مزیت اصلی دستگاه بود ، که به ما اجازه داد دوباره همکاران خود را از لوس آلاموس دور بزنیم."
- چند دستگاه از این دست قبلاً ساخته شده است؟ و چقدر برنامه ریزی شده است؟
- فهرست آنها آسان است: آنها در حال حاضر HAND در مریخ اودیسه و LEND در LRO قمری ، DAN در مریخ نورد کنجکاوی ، و همچنین BTN-M1 نصب شده بر روی ISS کار می کنند. ارزش افزودن آشکارساز NS-HEND را دارد که در کاوشگر روسی "Phobos-Grunt" گنجانده شد و متأسفانه همراه با آن گم شد. اکنون ، در مراحل مختلف آمادگی ، چهار دستگاه دیگر از این دست داریم.
BTN-M1. عکس: موسسه تحقیقات فضایی RAS
اولین آنها - تابستان آینده - با آشکارساز FREND پرواز می کند و بخشی از ماموریت مشترک با ExoMars اتحادیه اروپا می شود. این مأموریت بسیار بزرگ است ، شامل یک مدارگرد ، یک لندر و یک مریخ نورد کوچک است که طی سالهای 2016-2018 به طور جداگانه پرتاب خواهد شد. FREND در حال کار بر روی یک کاوشگر در مدار است و در آن ما از همان دستگاه تنظیم کننده LEND قمری برای اندازه گیری میزان آب در مریخ با همان دقت که برای ماه انجام شده است ، استفاده می کنیم. در همین حال ، ما این داده ها را برای مریخ فقط در یک تقریب نسبتاً تقریبی داریم.
طیف سنج گاما و نوترونی مرکوری (MGNS) ، که بر روی کاوشگر BepiColombo کار می کند ، مدتهاست آماده شده و به شرکای اروپایی ما تحویل داده شده است. برنامه ریزی شده است که پرتاب در سال 2017 انجام شود ، در حالی که آخرین آزمایش خلاء حرارتی این ابزار در حال حاضر به عنوان بخشی از فضاپیما در حال انجام است.
ما همچنین ابزارهایی را برای مأموریت های روسی آماده می کنیم-این دو آشکارساز ADRON هستند که به عنوان بخشی از خودروهای فرود Luna-Glob و سپس Luna-Resurs عمل خواهند کرد. علاوه بر این ، آشکارساز BTN-M2 در حال کار است. این نه تنها مشاهدات خود را بر روی ISS انجام می دهد ، بلکه امکان ایجاد روشها و مواد مختلف برای حفاظت م ofثر فضانوردان از جزء نوترونی تابش کیهانی را نیز ممکن می سازد.
آشکارساز نوترون BTN-M1
استفاده: ایستگاه فضایی بین المللی (Roscosmos ، NASA ، ESA ، JAXA ، و غیره) ، از سال 2007. وزن: 9.8 کیلوگرم مصرف برق: 12.3 وات نتایج اصلی: نقشه های شار نوترون در مجاورت ISS ساخته شد ، وضعیت تابش در ایستگاه در ارتباط با فعالیت خورشید ارزیابی شد ، آزمایشی برای ثبت انفجارهای اشعه گاما کیهانی انجام شد.
ماکسیم موکرووسف: "با شرکت در این پروژه ، ما کاملاً شگفت زده شدیم: از این گذشته ، در واقع ، اشکال مختلف تابش ذرات مختلفی هستند ، از جمله الکترون ها ، پروتون ها و نوترون ها. در همان زمان ، مشخص شد که جزء نوترونی خطر تابش هنوز به درستی اندازه گیری نشده است ، و این به ویژه شکل خطرناکی است ، زیرا غربالگری نوترونها با استفاده از روشهای معمولی بسیار دشوار است."
- تا چه حد می توان این دستگاه ها را روسی نامید؟ آیا سهم عناصر و قسمتهای تولید داخلی در آنها زیاد است؟
- یک تولید مکانیکی کامل در اینجا ، در IKI RAS ایجاد شده است. ما همچنین همه امکانات لازم آزمایش را داریم: پایه شوک ، پایه ارتعاش ، محفظه خلاء حرارتی و محفظه ای برای آزمایش سازگاری الکترومغناطیسی … در واقع ، ما فقط برای تولید قطعات جداگانه به تولید شخص ثالث نیاز داریم - برای مثال ، تابلوهای مدار چاپی شرکای موسسه تحقیقاتی فناوری الکترونیک و کامپیوتر (NIITSEVT) و تعدادی از شرکت های تجاری در این زمینه به ما کمک می کنند.
البته قبلاً ابزارهای ما مقدار زیادی ، حدود 80 درصد ، قطعات وارداتی داشت. با این حال ، در حال حاضر دستگاه های جدیدی که تولید می کنیم تقریباً کاملاً از اجزای داخلی مونتاژ شده است. من فکر می کنم که در آینده نزدیک بیش از 25 درصد واردات در آنها انجام نمی شود و در آینده ما حتی می توانیم کمتر به شرکای خارجی وابسته باشیم.
می توانم بگویم که میکروالکترونیک داخلی در سالهای اخیر یک جهش واقعی به جلو داشته است. هشت سال پیش ، در کشور ما ، بردهای الکترونیکی مناسب وظایف ما به هیچ وجه تولید نمی شد. در حال حاضر شرکت های Zelenograd "Angstrem" ، "Elvis" و "Milandr" وجود دارد ، Voronezh NIIET وجود دارد - انتخاب کافی است. نفس کشیدن برایمان آسان شد.
توهین آمیزترین چیز وابستگی مطلق به تولیدکنندگان بلورهای scintillator برای آشکارسازهای ما است. تا آنجا که من می دانم ، تلاش می شود آنها را در یکی از مسسات چرنوگولوکا در نزدیک مسکو پرورش دهند ، اما آنها هنوز موفق به دستیابی به ابعاد و حجم مورد نیاز یک کریستال فوق خالص نشده اند. بنابراین ، در این زمینه ، ما هنوز باید به شرکای اروپایی ، به طور دقیق تر ، به نگرانی Saint-Gobain اعتماد کنیم. با این حال ، در این بازار نگرانی کاملاً انحصاری است ، بنابراین کل جهان در موقعیت وابسته باقی می ماند.
