Penemuan air di Mars dan Bulan oleh probe Eropa dan Amerika terutama merupakan prestasi para ilmuwan Rusia
Di balik laporan rutin tentang semakin banyak penemuan baru yang dibuat oleh misi Eropa dan Amerika, luput dari perhatian publik bahwa banyak dari penemuan ini dibuat berkat karya ilmuwan, insinyur, dan perancang Rusia. Di antara penemuan-penemuan semacam itu, seseorang dapat secara khusus menyoroti deteksi jejak air pada yang paling dekat dengan kita dan, seperti yang terlihat sebelumnya, benda langit yang benar-benar kering - Bulan dan Mars. Itu adalah detektor neutron Rusia, yang mengerjakan perangkat asing, yang membantu menemukan air di sini, dan di masa depan mereka akan membantu menyediakan ekspedisi berawak. Maxim Mokrousov, Kepala Laboratorium Perangkat Fisika Nuklir di Institut Penelitian Luar Angkasa (IKI), RAS, mengatakan kepada Planet Rusia mengapa badan antariksa Barat lebih memilih detektor neutron Rusia.
- Pesawat ruang angkasa - mengorbit, mendarat, dan penemu - membawa seluruh set instrumen: spektrometer, altimeter, kromatografi gas, dll. Mengapa detektor neutron pada banyak dari mereka Rusia? Apa alasannya?
- Ini karena kemenangan proyek kami di tender terbuka, yang dilakukan oleh penyelenggara misi tersebut. Seperti pesaing kami, kami mengajukan penawaran dan mencoba membuktikan bahwa perangkat kami optimal untuk perangkat yang diberikan. Dan sekarang beberapa kali kami telah berhasil berhasil.
Saingan kami yang biasa dalam kompetisi semacam itu adalah Laboratorium Nasional Los Alamos, laboratorium yang sama di mana Proyek Manhattan dilaksanakan dan bom atom pertama dibuat. Tapi, misalnya, laboratorium kami diundang secara khusus untuk membuat detektor neutron untuk penjelajah MSL (Curiosity), setelah mempelajari teknologi baru yang kami miliki. Dibuat untuk penjelajah Amerika, DAN menjadi detektor neutron pertama dengan generasi partikel aktif. Ini sebenarnya terdiri dari dua bagian - detektor itu sendiri dan generator, di mana elektron yang dipercepat ke kecepatan yang sangat tinggi mengenai target tritium dan, pada kenyataannya, reaksi termonuklir penuh, meskipun mini, dengan pelepasan neutron terjadi.
Orang Amerika tidak tahu cara membuat generator seperti itu, tetapi itu dibuat oleh rekan-rekan kami dari Institut Otomasi Penelitian Moskow dinamai Dukhov. Di masa Soviet, itu adalah pusat utama di mana sekering untuk hulu ledak nuklir dikembangkan, dan saat ini sebagian produknya adalah untuk keperluan sipil dan komersial. Secara umum, detektor seperti itu dengan generator digunakan, misalnya, dalam eksplorasi cadangan minyak - teknologi ini disebut logging neutron. Kami baru saja mengambil pendekatan ini dan menggunakannya untuk rover; sampai sekarang belum ada yang melakukan ini.
Detektor neutron aktif DAN
Penggunaan: Mars Science Laboratory / Curiosity (NASA) rover, 2012 hingga sekarang. Berat: 2,1 kg (detektor neutron), 2,6 kg (generator neutron). Konsumsi daya: 4,5 W (detektor), 13 W (generator). Hasil utama: deteksi air terikat di tanah pada kedalaman 1 m di sepanjang rute rover.
Maxim Mokrousov: “Di hampir seluruh jalur 10 kilometer yang dilalui oleh rover, air di lapisan atas tanah biasanya ditemukan 2–5%. Namun, pada bulan Mei tahun ini, ia menemukan sebuah area di mana terdapat lebih banyak air, atau terdapat beberapa bahan kimia yang tidak biasa. Rover dikerahkan dan kembali ke lokasi yang mencurigakan. Akibatnya, ternyata tanah di sana benar-benar tidak biasa untuk Mars dan sebagian besar terdiri dari silikon oksida."
- Dengan generasi, semuanya kira-kira jelas. Dan bagaimana pendeteksian neutron itu sendiri terjadi?
- Kami mendeteksi neutron berenergi rendah dengan penghitung proporsional berdasarkan helium-3 - mereka bekerja di DAN, LEND, MGNS, dan semua perangkat kami yang lain. Neutron yang terperangkap dalam helium-3 "memecah" intinya menjadi dua partikel, yang kemudian dipercepat dalam medan magnet, menciptakan reaksi longsoran salju dan, di pintu keluar, pulsa arus (elektron).
Maxim Mokrousov dan Sergey Kapitsa. Foto: Dari arsip pribadi
Neutron berenergi tinggi terdeteksi di sintilator oleh kilatan yang mereka buat saat menabraknya - biasanya plastik organik, seperti stilbene. Nah, sinar gamma dapat mendeteksi kristal berdasarkan lantanum dan bromin. Pada saat yang sama, kristal yang lebih efisien berdasarkan serium dan bromin telah muncul baru-baru ini, kami menggunakannya di salah satu detektor terbaru kami, yang akan terbang ke Merkurius tahun depan.
- Namun mengapa spektrograf Barat dipilih dalam kompetisi terbuka yang sama persis dari badan antariksa Barat, instrumen lain juga Barat, dan detektor neutron berulang kali digunakan di Rusia?
- Pada umumnya, ini semua tentang fisika nuklir: di bidang ini, kami masih tetap menjadi salah satu negara terkemuka di dunia. Ini bukan hanya tentang senjata, tetapi juga tentang berbagai teknologi terkait yang digunakan para ilmuwan kami. Bahkan selama era Soviet, kami berhasil mencapai landasan yang baik di sini sehingga bahkan pada 1990-an tidak mungkin untuk kehilangan segalanya sepenuhnya, tetapi hari ini kami kembali meningkatkan kecepatan.
Harus dipahami bahwa agen-agen Barat sendiri tidak membayar sepeser pun untuk perangkat kami ini. Semuanya dibuat dengan uang Roscosmos, sebagai kontribusi kami untuk misi luar negeri. Sebagai gantinya, kami menerima status peserta yang tinggi dalam proyek eksplorasi ruang angkasa internasional, dan di samping itu, akses langsung prioritas ke data ilmiah yang dikumpulkan oleh instrumen kami.
Kami mengirimkan hasil ini setelah diproses, oleh karena itu, kami berhak dianggap sebagai rekan penulis semua temuan yang dibuat berkat perangkat kami. Oleh karena itu, semua peristiwa penting dengan deteksi keberadaan air di Mars dan Bulan, jika tidak seluruhnya, maka dalam banyak hal adalah hasil kami.
Kami sekali lagi dapat mengingat salah satu detektor pertama kami, HEND, yang masih beroperasi di pesawat penjelajah Mars Odyssey Amerika. Berkat dia, peta kandungan hidrogen di lapisan permukaan Planet Merah pertama kali disusun.
Spektrometer neutron HEND
Penggunaan: Pesawat ruang angkasa Mars Odyssey (NASA), 2001 hingga sekarang. Berat: 3, 7 kg. Konsumsi daya: 5,7 W. Hasil utama: peta lintang tinggi dari distribusi es air di utara dan selatan Mars dengan resolusi sekitar 300 km, pengamatan perubahan musim di topi sirkumpolar.
Maxim Mokrousov: “Tanpa kerendahan hati yang salah, saya dapat mengatakan bahwa di Mars Odyssey, yang akan segera mengorbit selama 15 tahun, hampir semua instrumen sudah mulai tidak berfungsi, dan hanya milik kami yang terus bekerja tanpa masalah. Ia bekerja bersama-sama dengan detektor gamma, yang secara efektif mewakili satu instrumen dengannya, mencakup berbagai energi partikel."
- Karena kita berbicara tentang hasil, tugas ilmiah seperti apa yang dilakukan oleh perangkat semacam itu?
- Neutron adalah partikel yang paling sensitif terhadap hidrogen, dan jika atomnya ada di mana saja di tanah, neutron secara efektif dihambat oleh intinya. Di Bulan atau Mars, mereka dapat diciptakan oleh sinar kosmik galaksi atau dipancarkan oleh senjata neutron khusus, dan kami sebenarnya mengukur neutron yang dipantulkan oleh tanah: semakin sedikit, semakin banyak hidrogen.
Nah, hidrogen, pada gilirannya, kemungkinan besar adalah air, baik dalam bentuk beku yang relatif murni, atau terikat dalam komposisi mineral terhidrasi. Rantainya sederhana: neutron - hidrogen - air, oleh karena itu tugas utama detektor neutron kami adalah mencari cadangan air.
Kami adalah orang-orang yang praktis, dan semua pekerjaan ini dilakukan untuk misi berawak di masa depan ke Bulan atau Mars yang sama, untuk pengembangan mereka. Jika Anda mendarat di atasnya, maka air, tentu saja, adalah sumber daya paling signifikan yang perlu dikirim atau diekstraksi secara lokal. Listrik dapat diperoleh dari panel surya atau sumber nuklir. Air lebih sulit: misalnya, kargo utama yang harus dikirimkan kapal kargo ke ISS saat ini adalah air. Setiap kali mereka mengambil 2–2,5 ton.
LEND detektor neutron
Penggunaan: Pesawat luar angkasa Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA), 2009 hingga sekarang. Berat: 26,3kg. Konsumsi Daya: 13W Hasil utama: penemuan potensi cadangan air di Kutub Selatan Bulan; konstruksi peta global radiasi neutron Bulan dengan resolusi spasial 5-10 km.
Maxim Mokrousov: “Dalam LEND kami telah menggunakan kolimator berdasarkan boron-10 dan polietilen, yang memblokir neutron di sisi bidang pandang perangkat. Ini lebih dari dua kali lipat massa detektor, tetapi memungkinkan untuk mencapai resolusi yang lebih besar ketika mengamati permukaan bulan - saya pikir ini adalah keuntungan utama dari perangkat, yang memungkinkan kami untuk melewati rekan-rekan kami dari Los Alamos lagi."
- Berapa banyak perangkat seperti itu yang telah dibuat? Dan berapa banyak yang direncanakan?
- Daftarnya mudah: mereka sudah mengoperasikan HAND di Mars Odyssey dan LEND di LRO bulan, DAN di rover Curiosity, serta BTN-M1 yang dipasang di ISS. Perlu ditambahkan ke detektor NS-HEND ini, yang termasuk dalam probe Rusia "Phobos-Grunt" dan, sayangnya, hilang bersamanya. Sekarang, pada tahap kesiapan yang berbeda, kami memiliki empat perangkat seperti itu lagi.
BTN-M1. Foto: Lembaga Penelitian Luar Angkasa RAS
Yang pertama - musim panas mendatang - akan menerbangkan detektor FREND, itu akan menjadi bagian dari misi bersama dengan ExoMars UE. Misi ini berskala sangat besar, akan mencakup pengorbit, pendarat, dan penjelajah kecil, yang akan diluncurkan secara terpisah selama 2016-2018. FREND akan bekerja pada probe yang mengorbit, dan di atasnya kami menggunakan kolimator yang sama seperti pada LEND bulan untuk mengukur kadar air di Mars dengan akurasi yang sama dengan yang dilakukan untuk Bulan. Sementara itu, kami memiliki data ini untuk Mars hanya dalam perkiraan yang agak kasar.
Spektrometer gamma dan neutron Mercurian (MGNS), yang akan beroperasi pada probe BepiColombo, telah lama siap dan diserahkan kepada mitra Eropa kami. Direncanakan peluncuran akan dilakukan pada tahun 2017, sementara tes vakum termal terakhir dari instrumen sudah berlangsung sebagai bagian dari pesawat ruang angkasa.
Kami juga sedang mempersiapkan instrumen untuk misi Rusia - ini adalah dua detektor ADRON, yang akan beroperasi sebagai bagian dari kendaraan keturunan Luna-Glob, dan kemudian Luna-Resurs. Selain itu, detektor BTN-M2 sedang beroperasi. Ini tidak hanya akan melakukan pengamatan di atas ISS, tetapi juga akan memungkinkan untuk mengerjakan berbagai metode dan bahan untuk perlindungan astronot yang efektif dari komponen neutron radiasi kosmik.
Detektor neutron BTN-M1
Penggunaan: Stasiun Luar Angkasa Internasional (Roscosmos, NASA, ESA, JAXA, dll.), sejak 2007. Berat: 9,8kg. Konsumsi Daya: 12.3W Hasil utama: peta fluks neutron di sekitar ISS dibangun, situasi radiasi di stasiun dinilai sehubungan dengan aktivitas Matahari, percobaan sedang dilakukan untuk mendaftarkan ledakan sinar gamma kosmik.
Maxim Mokrousov: “Setelah terlibat dalam proyek ini, kami cukup terkejut: bagaimanapun, pada kenyataannya, berbagai bentuk radiasi adalah partikel yang berbeda, termasuk elektron, dan proton, dan neutron. Pada saat yang sama, ternyata komponen neutron dari bahaya radiasi belum diukur dengan benar, dan ini adalah bentuk yang sangat berbahaya, karena neutron sangat sulit untuk disaring menggunakan metode konvensional.
- Sejauh mana perangkat ini sendiri bisa disebut Rusia? Apakah bagian dari unsur-unsur dan bagian-bagian dari produksi dalam negeri tinggi di dalamnya?
- Sebuah produksi mekanik penuh telah didirikan di sini, di IKI RAS. Kami juga memiliki semua fasilitas pengujian yang diperlukan: penyangga kejut, penyangga getaran, ruang vakum termal, dan ruang untuk pengujian kompatibilitas elektromagnetik … Faktanya, kami hanya memerlukan produksi pihak ketiga untuk masing-masing komponen - misalnya, papan sirkuit tercetak. Mitra dari Research Institute of Electronic and Computer Technology (NIITSEVT) dan sejumlah perusahaan komersial membantu kami dalam hal ini.
Sebelumnya, tentu saja, instrumen kami banyak, sekitar 80%, komponen impor. Namun, kini perangkat baru yang kami produksi hampir seluruhnya dirakit dari komponen dalam negeri. Saya pikir dalam waktu dekat tidak akan ada lebih dari 25% impor di dalamnya, dan di masa depan kita akan dapat lebih sedikit bergantung pada mitra asing.
Saya dapat mengatakan bahwa mikroelektronika domestik telah membuat lompatan ke depan yang nyata dalam beberapa tahun terakhir. Delapan tahun yang lalu, di negara kami, papan elektronik yang cocok untuk tugas kami tidak diproduksi sama sekali. Sekarang ada perusahaan Zelenograd "Angstrem", "Elvis" dan "Milandr", ada Voronezh NIIET - pilihannya sudah cukup. Kami menjadi lebih mudah bernapas.
Hal yang paling ofensif adalah ketergantungan mutlak pada produsen kristal sintilator untuk detektor kami. Sejauh yang saya tahu, upaya sedang dilakukan untuk menumbuhkannya di salah satu institut Chernogolovka dekat Moskow, tetapi mereka belum berhasil mencapai dimensi dan volume kristal super murni yang diperlukan. Oleh karena itu, dalam hal ini, kita masih harus bergantung pada mitra Eropa, lebih tepatnya, pada perhatian Saint-Gobain. Namun, di pasar ini perhatiannya adalah monopolis total, oleh karena itu seluruh dunia tetap dalam posisi tergantung.
