الروس على المريخ
إن اكتشاف المياه على المريخ والقمر من قبل المسابير الأوروبية والأمريكية هو في المقام الأول ميزة العلماء الروس
وراء التقارير المنتظمة عن المزيد والمزيد من الاكتشافات التي تقوم بها البعثات الأوروبية والأمريكية ، فإنه يفلت من انتباه الجمهور أن العديد من هذه الاكتشافات تم بفضل عمل العلماء والمهندسين والمصممين الروس. من بين هذه الاكتشافات ، يمكن للمرء أن يميز اكتشاف آثار المياه في أقرب مكان لنا ، وكما بدا من قبل ، الأجرام السماوية الجافة تمامًا - القمر والمريخ. كانت أجهزة الكشف عن النيوترونات الروسية ، التي تعمل على المركبات الأجنبية ، هي التي ساعدت في العثور على المياه هنا ، وستساعد في المستقبل على توفير رحلات مأهولة. أخبر مكسيم موكروسوف ، دكتوراه في الفيزياء والرياضيات ، الكوكب الروسي لماذا تفضل وكالات الفضاء الغربية أجهزة الكشف عن النيوترونات الروسية.
- المركبات الفضائية - المدارية ، والمنحدرة ، والكواكب الجوالة - تحمل مجموعات كاملة من الأدوات: مقاييس الطيف ، ومقاييس الارتفاع ، وكروماتوغرافيا الغاز ، وما إلى ذلك. لماذا تعتبر أجهزة الكشف عن النيوترونات في العديد منها روسية؟ بماذا ترتبط؟
- يعود ذلك إلى فوز مشاريعنا في المناقصات المفتوحة لمنظمي هذه المهمات. مثل منافسينا ، نقدم عرضًا ونحاول إثبات أن أجهزتنا مثالية لهذا الجهاز. والآن نجحنا عدة مرات.
منافسنا المعتاد في مثل هذه المسابقات هو مختبر لوس ألاموس الوطني ، وهو نفس المختبر الذي تم فيه تنفيذ مشروع مانهاتن وتم إنشاء أول قنبلة ذرية. لكن ، على سبيل المثال ، تمت دعوة مختبرنا بشكل خاص لصنع كاشف نيوتروني لعربة MSL (Curiosity) الجوالة ، بعد أن علمنا بالتكنولوجيا الجديدة التي لدينا. تم إنشاؤه لمركبة المريخ الأمريكية ، وأصبح DAN أول كاشف نيوتروني مع توليد جسيم نشط. يتكون في الواقع من جزأين - الكاشف نفسه والمولد ، حيث تصطدم الإلكترونات المتسارعة بسرعات عالية جدًا بهدف التريتيوم ، وفي الواقع ، يحدث تفاعل نووي حراري كامل ، وإن كان صغيرًا ، مع إطلاق النيوترونات.
لا يعرف الأمريكيون كيفية صنع مثل هذه المولدات ، لكن زملائنا من معهد موسكو لبحوث الأتمتة لعموم روسيا الذي سمي على اسم Dukhov ابتكرها. خلال السنوات السوفيتية ، كانت مركزًا رئيسيًا حيث تم تطوير "الصمامات" للرؤوس الحربية النووية ، واليوم بعض منتجاتها للأغراض المدنية والتجارية. بشكل عام ، يتم استخدام هذه الكواشف مع المولدات ، على سبيل المثال ، في استكشاف احتياطيات النفط - تسمى هذه التقنية بتسجيل النيوترون. لقد اتخذنا هذا النهج واستخدمناه للعربة الجوالة ؛ حتى الآن لم يفعلها أحد.
كاشف النيوترون النشط DAN
الاستعمال: مختبر علوم المريخ / مركبة كيوريوسيتي (ناسا) ، 2012 حتى الآن. الوزن: 2,1 كجم (كاشف النيوترون) ، 2,6 كجم (مولد النيوترون). استهلاك الطاقة: 4,5 وات (كاشف) ، 13 وات (مولد). النتائج الرئيسية: الكشف عن المياه المقيدة في التربة على عمق يصل إلى متر واحد على طول مسار العربة الجوالة.
مكسيم موكروسوف: "على طول المسار الذي يبلغ طوله 10 كيلومترات تقريبًا والذي تغطيه العربة الجوالة ، وجدت المياه عادة في الطبقات العليا من التربة ، بنسبة 2-5٪. ومع ذلك ، في مايو من هذا العام ، عثر على منطقة بها إما كمية أكبر من الماء ، أو توجد فيها بعض المواد الكيميائية غير العادية. تم تدوير العربة الجوالة وإعادتها إلى مكان مريب. نتيجة لذلك ، اتضح أن التربة هناك غير عادية حقًا للمريخ وتتكون أساسًا من أكسيد السيليكون.
- مع الجيل كل شيء تقريبا واضح. وكيف يتم الكشف عن النيوترونات؟
- نكتشف النيوترونات منخفضة الطاقة مع عدادات تناسب الهليوم 3 - تعمل في DAN و LEND و MGNS وجميع أجهزتنا الأخرى. النيوترون الذي سقط في الهيليوم -3 "يكسر" نواته إلى جسيمين ، والتي يتم تسريعها بعد ذلك في مجال مغناطيسي ، مما يؤدي إلى تفاعل الانهيار الجليدي ، وعند الخرج ، نبضة تيار (إلكترون).
مكسيم موكروسوف وسيرجي كابيتسا. الصورة: من الأرشيف الشخصي
يتم الكشف عن النيوترونات عالية الطاقة في جهاز التلألؤ بواسطة الومضات التي تولدها عند اصطدامها به - وعادة ما تكون من البلاستيك العضوي ، مثل stilbene. حسنًا ، تجعل أشعة جاما من الممكن اكتشاف البلورات على أساس اللانثانوم والبروم. في الوقت نفسه ، ظهرت مؤخرًا بلورات أكثر كفاءة تعتمد على السيريوم والبروم ، ونحن نستخدمها في أحد أحدث أجهزة الكشف لدينا ، في جهاز سيطير إلى عطارد العام المقبل.
- ولماذا في نفس المسابقات المفتوحة لوكالات الفضاء الغربية ، يتم اختيار أجهزة قياس الطيف الغربية ، والأدوات الأخرى غربية أيضًا ، وكاشفات النيوترونات روسية مرارًا وتكرارًا؟
- بشكل عام ، الأمر كله يتعلق بالفيزياء النووية: في هذا المجال ، ما زلنا واحدة من الدول الرائدة في العالم. لا يتعلق الأمر فقط أسلحة، ولكن أيضًا حول كتلة التقنيات ذات الصلة التي يشارك فيها علماؤنا. حتى في ظل الاتحاد السوفيتي ، تمكنا من تحقيق بداية جيدة هنا لدرجة أنه حتى في التسعينيات لم يكن من الممكن أن نفقد كل شيء تمامًا ، لكننا اليوم نزيد من وتيرتها مرة أخرى.
في الوقت نفسه ، يجب أن يكون مفهوماً أن الوكالات الغربية نفسها لا تدفع فلسًا واحدًا مقابل هذه الأجهزة الخاصة بنا. كل منهم مصنوع من أجل أموال روسكوزموس ، كمساهمة منا في البعثات الخارجية. في المقابل ، نحصل على مكانة عالية من المشاركين في مشاريع استكشاف الفضاء الدولية ، بالإضافة إلى ذلك - أولوية الوصول المباشر إلى البيانات العلمية التي تجمعها أجهزتنا.
نقوم بنقل هذه النتائج بعد المعالجة ، لذلك نحن نعتبر بحق المؤلفين المشاركين لجميع النتائج التي تم التوصل إليها بفضل أجهزتنا. لذلك ، فإن جميع الأحداث البارزة مع اكتشاف وجود الماء على المريخ والقمر هي ، إن لم يكن بالكامل ، نتائجنا في كثير من النواحي.
يمكننا مرة أخرى أن نتذكر أحد أول أجهزة الكشف لدينا ، وهو HAND ، والذي لا يزال يعمل على متن مسبار أوديسي المريخ الأمريكي. بفضله تم تجميع خريطة محتوى الهيدروجين في الطبقات السطحية للكوكب الأحمر لأول مرة.
مطياف النيوترون باليد
الاستعمال: المركبة الفضائية Mars Odyssey (NASA) ، من 2001 حتى الوقت الحاضر. الوزن: 3,7 كجم. استهلاك الطاقة: 5,7 واط. النتائج الرئيسية: خرائط خطوط العرض العليا لتوزيع الجليد المائي في شمال وجنوب المريخ بدقة حوالي 300 كيلومتر ، ومراقبة التغيرات الموسمية في القمم القطبية.
مكسيم موكروسوف: "بدون تواضع زائف ، أستطيع أن أقول إنه على كوكب المريخ أوديسي ، الذي ظل في المدار منذ 15 عامًا ، بدأت جميع الأجهزة تقريبًا في الفشل ، ولا يزال جهازنا فقط يعمل دون مشاكل. إنه يعمل جنبًا إلى جنب مع كاشف جاما ، في الواقع ، يمثل أداة واحدة معه ، ويغطي نطاقًا واسعًا من طاقات الجسيمات. "
- بما أننا نتحدث عن النتائج ، ما نوع المهام العلمية التي تؤديها هذه الأجهزة؟
"النيوترونات هي الجسيمات الأكثر حساسية للهيدروجين ، وإذا كانت ذراتها موجودة في أي مكان في التربة ، فإن النيوترونات تتباطأ بشكل فعال بواسطة نواتها. على القمر أو المريخ ، يمكن إنشاؤها بواسطة الأشعة الكونية المجرية أو انبعاثها بواسطة مدفع نيوتروني خاص ، ونحن في الواقع نقيس النيوترونات المنعكسة على الأرض: كلما قل عددها ، زاد الهيدروجين.
حسنًا ، الهيدروجين ، بدوره ، هو على الأرجح ماء ، إما في صورة مجمدة نقية نسبيًا ، أو مرتبطًا بتكوين المعادن المائية. السلسلة بسيطة: النيوترونات - الهيدروجين - الماء ، لذا فإن المهمة الرئيسية لكاشفات النيوترونات لدينا هي على وجه التحديد البحث عن احتياطيات المياه.
نحن أناس عمليون ، ويتم كل هذا العمل لمهام مأهولة في المستقبل إلى نفس القمر أو المريخ ، لاستكشافهم. إذا هبطت عليها ، فإن الماء ، بالطبع ، هو أهم مورد ستحتاج إما لتسليمه أو استخراجه على الفور. يمكن توليد الكهرباء باستخدام الألواح الشمسية أو المصادر النووية. الأمر أكثر صعوبة مع الماء: على سبيل المثال ، الشحنة الرئيسية التي يتعين على سفن الشحن تسليمها إلى محطة الفضاء الدولية اليوم هي الماء. يتم أخذ 2 - 2,5 طن في كل مرة.
كاشف النيوترون LEND
الاستعمال: المركبة المدارية الاستطلاعية القمرية (ناسا) ، 2009 حتى الآن. الوزن: 26,3 كجم. استهلاك الطاقة: 13 وات. النتائج الرئيسية: اكتشاف احتياطيات المياه المحتملة في القطب الجنوبي للقمر. بناء خريطة عالمية للإشعاع النيوتروني للقمر بدقة مكانية من 5-10 كم.
مكسيم موكروسوف: "في LEND ، استخدمنا بالفعل ميزاء يعتمد على البورون 10 والبولي إيثيلين ، والذي يحجب النيوترونات على جوانب مجال رؤية الجهاز. لقد زاد من كتلة الكاشف بأكثر من الضعف ، لكنه سمح لنا بتحقيق دقة أكبر عند مراقبة سطح القمر - أعتقد أن هذه كانت الميزة الرئيسية للجهاز ، والتي سمحت لنا مرة أخرى بتجاوز الزملاء من Los Alamos.
- كم عدد هذه الأجهزة التي تم تصنيعها بالفعل؟ وكم مخطط؟
- من السهل إدراجها في القائمة: فهي تعمل بالفعل في HEND على المركبة المدارية Mars Odyssey Martian و LEND على القمر LRO ، و DAN على مركبة Curiosity ، بالإضافة إلى BTN-M1 المثبتة على محطة الفضاء الدولية. يجدر إضافة كاشف NS-HAND ، والذي كان جزءًا من مسبار Phobos-Grunt الروسي ، ولسوء الحظ ، فقد معه. الآن لدينا أربعة أجهزة أخرى في مراحل مختلفة من الجاهزية.
BTN-M1. الصورة: معهد أبحاث الفضاء التابع لأكاديمية العلوم الروسية
سيكون أولها ، بالفعل الصيف المقبل ، هو كاشف FREND ، والذي سيصبح جزءًا من مهمة ExoMars بالاشتراك مع الاتحاد الأوروبي. هذه المهمة طموحة للغاية ، وستتضمن مركبة مدارية ، ومركبة هبوط ، ومركبة متنقلة صغيرة ، والتي سيتم إطلاقها بشكل منفصل خلال 2016-2018. سيعمل FREND على مسبار يدور ، وسنستخدم فيه نفس أداة الموازاة الموجودة في LEND LEND لقياس محتوى الماء على المريخ بنفس الدقة التي تم إجراؤها على القمر. حتى الآن ، لدينا هذه البيانات الخاصة بالمريخ فقط في تقريب تقريبي نوعًا ما.
كان مطياف Mercury Gamma و Neutron Spectrometer (MGNS) ، الذي سيعمل على مسبار BepiColombo ، جاهزًا منذ فترة طويلة وتم تسليمه إلى شركائنا الأوروبيين. ومن المقرر أن يتم الإطلاق في عام 2017 ، بينما يتم بالفعل إجراء آخر اختبارات الفراغ الحراري للأداة كجزء من المركبة الفضائية.
نقوم أيضًا بإعداد أدوات للمهام الروسية - هذان كاشفان ADRON سيعملان كجزء من مركبات هبوط Luna-Glob ، ثم Luna-Resource. بالإضافة إلى ذلك ، كاشف BTN-M2 قيد التشغيل. لن تقوم فقط بعمليات الرصد على متن محطة الفضاء الدولية ، ولكنها ستجعل من الممكن أيضًا العمل على طرق ومواد مختلفة للحماية الفعالة لرواد الفضاء من المكون النيوتروني للإشعاع الكوني.
كاشف النيوترون BTN-M1
الاستعمال: محطة الفضاء الدولية (Roscosmos ، NASA ، ESA ، JAXA ، إلخ) ، منذ عام 2007. الوزن: 9,8 كجم. استهلاك الطاقة: 12,3 واط. النتائج الرئيسية: تم بناء خرائط لتدفقات النيوترونات في محيط محطة الفضاء الدولية ، وتم تقييم حالة الإشعاع في المحطة فيما يتعلق بنشاط الشمس ، وتجري تجربة للكشف عن انفجارات أشعة غاما الكونية.
مكسيم موكروسوف: "بعد أن تناولنا هذا المشروع ، فوجئنا بالأحرى: بعد كل شيء ، في الواقع ، الأشكال المختلفة للإشعاع هي جسيمات مختلفة ، بما في ذلك الإلكترونات ، والبروتونات ، والنيوترونات. في الوقت نفسه ، اتضح أنه لم يقم أحد بعد بقياس المكون النيوتروني لخطر الإشعاع بشكل صحيح ، وهذا هو شكله الخطير بشكل خاص ، لأنه من الصعب للغاية حماية النيوترونات باستخدام الطرق التقليدية.
- كيف يمكن تسمية هذه الأجهزة نفسها بالروسية؟ هل هناك نسبة كبيرة من عناصر وأجزاء الإنتاج المحلي فيها؟
- تم إنشاء إنتاج ميكانيكي كامل هنا ، في IKI RAS. لدينا أيضًا جميع مرافق الاختبار اللازمة: حامل الصدمات ، وحامل الاهتزاز ، وغرفة الفراغ الحراري ، وغرفة التوافق الكهرومغناطيسي ... في الواقع ، نحتاج فقط إلى إنتاج طرف ثالث للمكونات الفردية - على سبيل المثال ، لوحات الدوائر المطبوعة. يساعدنا في ذلك شركاء من معهد أبحاث الهندسة الإلكترونية وهندسة الحاسبات (NIITsEVT) ، وعدد من المؤسسات التجارية.
في السابق ، بالطبع ، كانت أدواتنا تحتوي على الكثير ، في مكان ما حوالي 80 ٪ ، من المكونات المستوردة. ومع ذلك ، فإن الأجهزة الجديدة التي ننتجها الآن قد تم تجميعها بالكامل تقريبًا من المكونات المحلية. أعتقد أن الواردات إليهم لن تتجاوز 25٪ في المستقبل القريب ، وفي المستقبل سنكون قادرين على الاعتماد بدرجة أقل على الشركاء الأجانب.
أستطيع أن أقول إن الإلكترونيات الدقيقة المحلية قد حققت قفزة حقيقية إلى الأمام في السنوات الأخيرة. قبل ثماني سنوات ، في بلدنا ، لم يتم إنتاج لوحات إلكترونية مناسبة لمهامنا على الإطلاق. الآن هناك شركات Zelenograd "Angstrem" و "Elvis" و "Milandr" ، هناك Voronezh NIIET - الخيار كافٍ. أصبح التنفس أسهل بالنسبة لنا.
الأمر الأكثر إزعاجًا هو الاعتماد غير المشروط على مصنعي بلورات وامض لأجهزة الكشف الخاصة بنا. على حد علمي ، تُبذل محاولات لتنميتها في أحد المعاهد في تشيرنوغولوفكا بالقرب من موسكو ، لكنهم لم يتمكنوا حتى الآن من تحقيق الأحجام المطلوبة من الكريستال عالي النقاوة. لذلك ، في هذا الصدد ، لا يزال يتعين علينا الاعتماد على الشركاء الأوروبيين ، وبشكل أكثر دقة ، على اهتمام سان جوبان. ومع ذلك ، فإن القلق هو احتكار كامل في هذا السوق ، لذلك يظل العالم كله في وضع التبعية.
معلومات