Người Nga trên sao Hỏa
Việc phát hiện ra nước trên sao Hỏa và Mặt trăng bằng các tàu thăm dò của châu Âu và Mỹ trước hết là công lao của các nhà khoa học Nga
Đằng sau những báo cáo thường xuyên về ngày càng nhiều khám phá được thực hiện bởi các phái bộ châu Âu và Mỹ, điều khiến dư luận chú ý là nhiều khám phá trong số đó được thực hiện nhờ công của các nhà khoa học, kỹ sư và nhà thiết kế Nga. Trong số những khám phá như vậy, người ta có thể đặc biệt tìm ra dấu vết của nước ở những nơi gần chúng ta nhất và dường như trước đây là các thiên thể hoàn toàn khô - Mặt trăng và Sao Hỏa. Chính các máy dò neutron của Nga, hoạt động trên các phương tiện nước ngoài, đã giúp tìm ra nguồn nước ở đây, và trong tương lai sẽ giúp cung cấp các chuyến thám hiểm có người lái. Maxim Mokrousov, Tiến sĩ Vật lý và Toán học, nói với Hành tinh Nga tại sao các cơ quan vũ trụ phương Tây thích máy dò neutron của Nga.
- Tàu vũ trụ - cả quỹ đạo, và phương tiện đi xuống và hành tinh - mang theo toàn bộ thiết bị: máy đo phổ, máy đo độ cao, máy sắc ký khí, v.v ... Tại sao nhiều máy dò neutron lại là của Nga? Nó được kết nối với cái gì?
- Điều này là do chiến thắng của các dự án của chúng tôi trong các cuộc đấu thầu mở do những người tổ chức các nhiệm vụ đó tổ chức. Giống như các đối thủ cạnh tranh của mình, chúng tôi gửi một đề nghị và cố gắng chứng minh rằng thiết bị của chúng tôi là tối ưu cho thiết bị này. Và bây giờ vài lần chúng tôi đã thành công thành công.
Đối thủ thông thường của chúng tôi trong các cuộc thi như vậy là Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos, cũng là nơi Dự án Manhattan được thực hiện và quả bom nguyên tử đầu tiên được tạo ra. Nhưng, ví dụ, phòng thí nghiệm của chúng tôi được mời đặc biệt để chế tạo một máy dò nơtron cho máy dò MSL (Curiosity), sau khi đã tìm hiểu về công nghệ mới mà chúng tôi có. Được tạo ra cho tàu thám hiểm sao Hỏa của Mỹ, DAN trở thành máy dò nơtron đầu tiên có khả năng tạo hạt hoạt động. Nó thực sự bao gồm hai phần - bản thân máy dò và máy phát điện, trong đó các điện tử được tăng tốc đến tốc độ rất cao đâm vào mục tiêu triti và trên thực tế, một phản ứng nhiệt hạch chính thức, mặc dù thu nhỏ, xảy ra với sự giải phóng các nơtron.
Người Mỹ không biết làm thế nào để tạo ra những chiếc máy phát điện như vậy, nhưng các đồng nghiệp của chúng tôi từ Viện nghiên cứu tự động hóa toàn Nga ở Moscow mang tên Dukhov đã tạo ra nó. Trong những năm Liên Xô, nó là một trung tâm quan trọng, nơi phát triển "ngòi nổ" cho các đầu đạn hạt nhân, và ngày nay một số sản phẩm của nó được dùng cho mục đích dân sự và thương mại. Nói chung, các máy dò như vậy với máy phát điện được sử dụng, chẳng hạn, trong việc thăm dò trữ lượng dầu - công nghệ này được gọi là ghi nhật ký neutron. Chúng tôi chỉ thực hiện cách tiếp cận này và sử dụng nó cho rover; cho đến nay vẫn chưa có ai làm được.
Máy dò nơtron hoạt động DAN
Sử dụng: Phòng thí nghiệm Khoa học Sao Hỏa / thám hiểm Curiosity (NASA), 2012 đến nay. Trọng lượng: 2,1 kg (máy dò neutron), 2,6 kg (máy phát neutron). Công suất tiêu thụ: 4,5 W (máy dò), 13 W (máy phát điện). Kết quả chính: phát hiện nước liên kết trong đất ở độ sâu lên đến 1 m dọc theo tuyến đường của rover.
Maxim Mokrousov: “Dọc theo gần như toàn bộ con đường dài 10 km được bao phủ bởi rover, nước thường được tìm thấy ở các lớp trên của đất, 2–5%. Tuy nhiên, vào tháng XNUMX năm nay, anh tình cờ phát hiện một khu vực có nhiều nước hơn hoặc có một số hóa chất bất thường. Rover đã được quay lại và trở lại một nơi đáng ngờ. Kết quả là, đất ở đó thực sự không bình thường đối với sao Hỏa và chủ yếu bao gồm oxit silic.
- Với thế hệ, mọi thứ gần như rõ ràng. Và việc phát hiện ra neutron diễn ra như thế nào?
- Chúng tôi phát hiện neutron năng lượng thấp bằng bộ đếm tỷ lệ heli-3 - chúng hoạt động trong DAN, LEND, MGNS và tất cả các thiết bị khác của chúng tôi. Một neutron rơi vào helium-3 sẽ "phá vỡ" hạt nhân của nó thành hai hạt, sau đó được gia tốc trong từ trường, tạo ra phản ứng tuyết lở và ở đầu ra, là một xung dòng điện (electron).
Maxim Mokrousov và Sergey Kapitsa. Ảnh: Từ kho lưu trữ cá nhân
Các neutron năng lượng cao được phát hiện trong ống soi bằng các tia sáng mà chúng tạo ra khi va vào nó - thường là một loại nhựa hữu cơ, chẳng hạn như stilbene. Chà, tia gamma có thể phát hiện ra các tinh thể dựa trên lantan và brom. Đồng thời, những tinh thể hiệu quả hơn dựa trên xeri và brom gần đây đã xuất hiện, chúng tôi đang sử dụng chúng trong một trong những thiết bị dò tìm gần đây nhất của chúng tôi, trong một thiết bị sẽ bay đến sao Thủy vào năm tới.
- Vậy mà tại sao trong các cuộc thi mở rộng tương tự của các cơ quan vũ trụ phương Tây, máy quang phổ của phương Tây lại được chọn, các dụng cụ khác cũng của phương Tây, và máy dò neutron lại là của Nga?
- Nhìn chung, tất cả là về vật lý hạt nhân: trong lĩnh vực này, chúng tôi vẫn là một trong những quốc gia hàng đầu trên thế giới. Nó không chỉ về vũ khí, mà còn về khối lượng công nghệ liên quan mà các nhà khoa học của chúng tôi đang tham gia. Ngay cả dưới thời Liên Xô, chúng tôi đã cố gắng đạt được một khởi đầu tốt ở đây, đến mức ngay cả trong những năm 1990, không thể để mất hoàn toàn mọi thứ, nhưng ngày nay chúng tôi đang tăng tốc một lần nữa.
Đồng thời, cần hiểu rằng bản thân các cơ quan phương Tây không trả một xu nào cho những thiết bị này của chúng ta. Tất cả chúng đều được tạo ra vì tiền của Roskosmos, như đóng góp của chúng tôi cho các sứ mệnh nước ngoài. Đổi lại, chúng tôi nhận được vị thế cao của những người tham gia vào các dự án khám phá không gian quốc tế và ngoài ra - ưu tiên truy cập trực tiếp vào dữ liệu khoa học mà các công cụ của chúng tôi thu thập.
Chúng tôi truyền những kết quả này sau khi xử lý, do đó chúng tôi được coi là đồng tác giả của tất cả các phát hiện được thực hiện nhờ các thiết bị của chúng tôi. Do đó, tất cả các sự kiện quan trọng với việc phát hiện ra sự hiện diện của nước trên Sao Hỏa và Mặt Trăng, nếu không muốn nói là hoàn toàn, thì theo nhiều khía cạnh là kết quả của chúng ta.
Một lần nữa chúng ta có thể nhớ lại một trong những thiết bị dò tìm đầu tiên của mình, HAND, vẫn đang hoạt động trên tàu thăm dò Mars Odyssey của Mỹ. Nhờ ông mà bản đồ về hàm lượng hydro trong các lớp bề mặt của Hành tinh Đỏ lần đầu tiên được biên soạn.
Máy đo quang phổ neutron TAY
Sử dụng: Tàu vũ trụ Mars Odyssey (NASA), 2001 đến nay. Trọng lượng: 3,7 kg. Công suất tiêu thụ: 5,7W. Kết quả chính: bản đồ vĩ độ cao về sự phân bố của băng nước ở phía bắc và phía nam của sao Hỏa với độ phân giải khoảng 300 km, quan sát sự thay đổi theo mùa ở các mũ địa cực.
Maxim Mokrousov: “Không hề khiêm tốn, tôi có thể nói rằng trên Mars Odyssey, đã ở trên quỹ đạo được 15 năm, hầu như tất cả các thiết bị đã bắt đầu hỏng hóc và chỉ có chúng ta tiếp tục hoạt động mà không gặp vấn đề gì. Trên thực tế, nó hoạt động song song với máy dò gamma, đại diện cho một thiết bị duy nhất với nó, bao gồm một loạt các năng lượng hạt. "
- Vì chúng ta đang nói về kết quả, những loại thiết bị như vậy thực hiện những nhiệm vụ khoa học nào?
“Nơtron là những hạt nhạy cảm nhất với hydro, và nếu nguyên tử của nó có mặt ở bất cứ đâu trong đất, thì hạt nhân của chúng sẽ bị giảm tốc một cách hiệu quả. Trên Mặt Trăng hoặc Sao Hỏa, chúng có thể được tạo ra bởi các tia vũ trụ thiên hà hoặc được phát ra bởi một khẩu súng neutron đặc biệt, và chúng tôi thực sự đo các neutron do mặt đất phản xạ: chúng càng ít thì càng nhiều hydro.
Ngược lại, hydro rất có thể là nước, ở dạng đông lạnh tương đối tinh khiết, hoặc được liên kết trong thành phần của các khoáng chất ngậm nước. Chuỗi này rất đơn giản: neutron - hydro - nước, vì vậy nhiệm vụ chính của máy dò neutron của chúng tôi chính xác là tìm kiếm nguồn dự trữ nước.
Chúng tôi là những người thực tế, và tất cả công việc này đang được thực hiện cho các sứ mệnh có người lái lên Mặt trăng hoặc sao Hỏa trong tương lai để khám phá. Nếu bạn đáp xuống chúng, thì tất nhiên, nước là nguồn tài nguyên quan trọng nhất mà bạn cần cung cấp hoặc khai thác tại chỗ. Điện có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các tấm pin mặt trời hoặc các nguồn hạt nhân. Khó khăn hơn với nước: ví dụ, hàng hóa chính mà các tàu chở hàng phải đưa lên ISS ngày nay là nước. Nó được lấy 2–2,5 tấn mỗi lần.
Máy dò neutron LEND
Sử dụng: Tàu quỹ đạo do thám Mặt Trăng (NASA), 2009 đến nay. Trọng lượng: 26,3 kg. Công suất tiêu thụ: 13 W. Các kết quả chính: phát hiện ra trữ lượng nước tiềm năng ở cực Nam của Mặt trăng; xây dựng bản đồ toàn cầu về bức xạ neutron của Mặt trăng với độ phân giải không gian 5–10 km.
Maxim Mokrousov: “Trong LEND, chúng tôi đã sử dụng một ống chuẩn trực dựa trên boron-10 và polyethylene, chúng chặn neutron ở các mặt của trường nhìn của thiết bị. Nó lớn hơn gấp đôi khối lượng của máy dò, nhưng nó cho phép chúng tôi đạt được độ phân giải cao hơn khi quan sát bề mặt của mặt trăng - tôi nghĩ đây là lợi thế chính của thiết bị, cho phép chúng tôi một lần nữa qua mặt các đồng nghiệp từ Los Alamos.
- Có bao nhiêu thiết bị trong số này đã được sản xuất? Và kế hoạch là bao nhiêu?
- Thật dễ dàng để liệt kê chúng: chúng đã được vận hành HEND trên tàu quỹ đạo sao Hỏa Mars Odyssey và LEND trên mặt trăng LRO, DAN trên tàu thám hiểm Curiosity, cũng như BTN-M1 được lắp đặt trên ISS. Cần bổ sung thêm máy dò NS-HAND, là một phần của tàu thăm dò Phobos-Grunt của Nga và thật không may, đã bị mất cùng với nó. Bây giờ chúng tôi có thêm bốn thiết bị như vậy ở các giai đoạn sẵn sàng khác nhau.
BTN-M1. Ảnh: Viện Nghiên cứu Vũ trụ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga
Đầu tiên trong số đó, vào mùa hè năm sau, sẽ là máy dò FREND, sẽ trở thành một phần của sứ mệnh ExoMars cùng với EU. Nhiệm vụ này rất tham vọng, nó sẽ bao gồm một tàu quỹ đạo, một tàu đổ bộ và một tàu thăm dò nhỏ, sẽ được phóng riêng trong giai đoạn 2016-2018. FREND sẽ làm việc trên một tàu thăm dò quỹ đạo và trên đó, chúng tôi sẽ sử dụng ống chuẩn trực tương tự như trên LEND mặt trăng để đo hàm lượng nước trên sao Hỏa với độ chính xác tương tự như khi nó được thực hiện cho Mặt trăng. Cho đến nay, chúng ta có những dữ liệu này về sao Hỏa chỉ ở mức gần đúng.
Máy đo phổ gamma và neutron thủy ngân (MGNS), sẽ hoạt động trên tàu thăm dò BepiColombo, từ lâu đã sẵn sàng và được bàn giao cho các đối tác châu Âu của chúng tôi. Theo kế hoạch, vụ phóng sẽ diễn ra vào năm 2017, trong khi các thử nghiệm chân không nhiệt cuối cùng của thiết bị đã được thực hiện như một phần của tàu vũ trụ.
Chúng tôi cũng đang chuẩn bị các công cụ cho các sứ mệnh của Nga - đây là hai máy dò ADRON sẽ hoạt động như một phần của các phương tiện có nguồn gốc từ Luna-Glob, và sau đó là Luna-Resource. Ngoài ra, máy dò BTN-M2 đang hoạt động. Nó sẽ không chỉ thực hiện các quan sát trên ISS mà còn có thể đưa ra nhiều phương pháp và vật liệu khác nhau để bảo vệ hiệu quả các phi hành gia khỏi thành phần neutron của bức xạ vũ trụ.
Máy dò nơtron BTN-M1
Sử dụng: Trạm Vũ trụ Quốc tế (Roscosmos, NASA, ESA, JAXA, v.v.), từ năm 2007. Trọng lượng: 9,8 kg. Công suất tiêu thụ: 12,3W. Kết quả chính: xây dựng bản đồ thông lượng neutron trong vùng lân cận của ISS, tình hình bức xạ tại trạm được đánh giá liên quan đến hoạt động của Mặt trời, một thí nghiệm đang được tiến hành để phát hiện vụ nổ tia gamma vũ trụ.
Maxim Mokrousov: “Sau khi thực hiện dự án này, chúng tôi khá ngạc nhiên: xét cho cùng, trên thực tế, các dạng bức xạ khác nhau là các hạt khác nhau, bao gồm electron, proton và neutron. Đồng thời, hóa ra vẫn chưa ai đo lường chính xác thành phần neutron của nguy cơ bức xạ, và đây là dạng đặc biệt nguy hiểm của nó, bởi vì neutron cực kỳ khó che chắn bằng các phương pháp thông thường.
- Làm thế nào những thiết bị này có thể được gọi là tiếng Nga? Có một tỷ lệ lớn các yếu tố và bộ phận sản xuất trong nước trong đó không?
- Một cơ sở sản xuất cơ khí chính thức đã được thành lập tại đây, tại IKI RAS. Chúng tôi cũng có tất cả các phương tiện kiểm tra cần thiết: giá đỡ chống sốc, giá đỡ rung, buồng chân không nhiệt và buồng tương thích điện từ ... Trên thực tế, chúng tôi chỉ cần bên thứ ba sản xuất cho các thành phần riêng lẻ - chẳng hạn như bảng mạch in. Chúng tôi được hỗ trợ bởi các đối tác từ Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Điện tử và Máy tính (NIITsEVT), một số doanh nghiệp thương mại.
Tất nhiên, trước đây, các thiết bị của chúng ta có rất nhiều, khoảng 80%, là linh kiện nhập khẩu. Tuy nhiên, hiện nay các thiết bị mới do chúng tôi sản xuất hầu như đã được lắp ráp hoàn chỉnh từ các linh kiện trong nước. Tôi nghĩ rằng trong tương lai gần sẽ không có quá 25% nhập khẩu của họ và trong tương lai chúng tôi sẽ có thể phụ thuộc ít hơn vào các đối tác nước ngoài.
Có thể nói vi điện tử trong nước đã có một bước tiến nhảy vọt trong những năm gần đây. Tám năm trước, ở nước ta, không có bảng điện tử nào phù hợp với nhiệm vụ của chúng ta được sản xuất. Bây giờ có các doanh nghiệp Zelenograd "Angstrem", "Elvis" và "Milandr", có Voronezh NIIET - sự lựa chọn là đủ. Nó trở nên dễ thở hơn cho chúng tôi.
Điều khó chịu nhất là sự phụ thuộc vô điều kiện vào các nhà sản xuất tinh thể scintillator cho máy dò của chúng tôi. Theo những gì tôi biết, những nỗ lực đang được thực hiện để trồng chúng tại một trong những viện ở Chernogolovka gần Moscow, nhưng cho đến nay họ vẫn chưa thể đạt được kích thước, khối lượng cần thiết của một tinh thể siêu tinh khiết. Do đó, về vấn đề này, chúng ta vẫn phải dựa vào các đối tác châu Âu, chính xác hơn là vào mối quan tâm của Saint-Gobain. Tuy nhiên, điều đáng lo ngại là nhà độc quyền hoàn toàn trên thị trường này nên cả thế giới vẫn ở thế phụ thuộc.
tin tức