การค้นพบน้ำบนดาวอังคารและดวงจันทร์โดยยานสำรวจของยุโรปและอเมริกาถือเป็นบุญของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียเป็นหลัก
เบื้องหลังรายงานประจำของการค้นพบใหม่ๆ ที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จากภารกิจในยุโรปและอเมริกา มันทำให้สาธารณชนไม่ได้รับความสนใจจากการค้นพบเหล่านี้เนื่องจากผลงานของนักวิทยาศาสตร์ วิศวกร และนักออกแบบชาวรัสเซีย ในบรรดาการค้นพบดังกล่าว เราสามารถเน้นย้ำถึงการตรวจจับร่องรอยของน้ำที่อยู่ใกล้กับเรามากที่สุด และวัตถุท้องฟ้าที่แห้งสนิทอย่างดวงจันทร์และดาวอังคารก็เหมือนกับที่มันเคยดูเหมือน มันคือเครื่องตรวจจับนิวตรอนของรัสเซียที่ทำงานเกี่ยวกับอุปกรณ์ต่างประเทศที่ช่วยค้นหาน้ำที่นี่และในอนาคตพวกเขาจะช่วยในการจัดหาการเดินทางด้วยคน Maxim Mokrousov หัวหน้าห้องปฏิบัติการอุปกรณ์ฟิสิกส์นิวเคลียร์ของสถาบันวิจัยอวกาศ (IKI) RAS บอกกับ Russian Planet ว่าเหตุใดหน่วยงานอวกาศตะวันตกจึงชอบเครื่องตรวจจับนิวตรอนของรัสเซีย
- ยานอวกาศ - โคจร, ลงจอด, และโรเวอร์ - มีอุปกรณ์ครบชุด: สเปกโตรมิเตอร์, เครื่องวัดระยะสูง, แก๊สโครมาโตกราฟี, ฯลฯ ทำไมเครื่องตรวจจับนิวตรอนถึงเป็นภาษารัสเซียจำนวนมาก? อะไรคือสาเหตุของเรื่องนี้?
- นี่เป็นเพราะชัยชนะของโครงการของเราในการประมูลแบบเปิดซึ่งดำเนินการโดยผู้จัดภารกิจดังกล่าว เช่นเดียวกับคู่แข่งของเรา เรายื่นข้อเสนอและพยายามพิสูจน์ว่าอุปกรณ์ของเราเหมาะสมที่สุดสำหรับอุปกรณ์ที่กำหนด และตอนนี้เราประสบความสำเร็จหลายครั้งแล้ว
คู่แข่งปกติของเราในการแข่งขันดังกล่าวคือ Los Alamos National Laboratory ซึ่งเป็นห้องเดียวกับที่ใช้โครงการแมนฮัตตันและมีการสร้างระเบิดปรมาณูลูกแรก แต่ยกตัวอย่างเช่น ห้องปฏิบัติการของเราได้รับเชิญเป็นพิเศษให้สร้างเครื่องตรวจจับนิวตรอนสำหรับรถแลนด์โรเวอร์ MSL (Curiosity) โดยได้เรียนรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีใหม่ที่เรามี สร้างขึ้นสำหรับรถแลนด์โรเวอร์ของอเมริกา DAN กลายเป็นเครื่องตรวจจับนิวตรอนเครื่องแรกที่มีการสร้างอนุภาคแอคทีฟ อันที่จริงประกอบด้วยสองส่วน - ตัวตรวจจับและเครื่องกำเนิดซึ่งอิเล็กตรอนเร่งความเร็วจนถึงความเร็วสูงมากกระทบกับเป้าหมายของไอโซโทปและอันที่จริงแล้วปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่เต็มเปี่ยมด้วยการปล่อยนิวตรอนก็เกิดขึ้น
ชาวอเมริกันไม่ทราบวิธีทำเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าว แต่ถูกสร้างขึ้นโดยเพื่อนร่วมงานของเราจากสถาบันวิจัยระบบอัตโนมัติของมอสโกซึ่งตั้งชื่อตาม Dukhov ในสมัยโซเวียต ศูนย์แห่งนี้เป็นศูนย์กลางสำคัญที่มีการพัฒนาฟิวส์สำหรับหัวรบนิวเคลียร์ และในปัจจุบันผลิตภัณฑ์บางส่วนของบริษัทมีไว้สำหรับพลเรือนและเพื่อการค้า โดยทั่วไปจะใช้เครื่องตรวจจับที่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเช่นในการสำรวจน้ำมันสำรอง - เทคโนโลยีนี้เรียกว่าการบันทึกนิวตรอน เราเพิ่งใช้วิธีนี้และใช้สำหรับรถแลนด์โรเวอร์ จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครทำเช่นนี้
เครื่องตรวจจับนิวตรอนแบบแอคทีฟ DAN
การใช้งาน: Mars Science Laboratory / Curiosity (NASA) rover, 2012 ถึงปัจจุบัน น้ำหนัก: 2.1 กก. (เครื่องตรวจจับนิวตรอน), 2.6 กก. (เครื่องกำเนิดนิวตรอน) การใช้พลังงาน: 4.5 W (เครื่องตรวจจับ), 13 W (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ผลลัพธ์หลัก: การตรวจจับน้ำที่ถูกกักไว้ในพื้นดินที่ระดับความลึก 1 ม. ตามเส้นทางของรถแลนด์โรเวอร์
Maxim Mokrousov: “ตลอดเส้นทางเกือบ 10 กิโลเมตรที่สำรวจโดยรถแลนด์โรเวอร์ มักจะพบน้ำในชั้นบนของดิน 2-5% อย่างไรก็ตาม ในเดือนพฤษภาคมของปีนี้ เขาสะดุดกับพื้นที่ที่มีน้ำมากขึ้น หรือมีสารเคมีผิดปกติอยู่บ้าง รถแลนด์โรเวอร์ถูกวางกำลังและกลับไปยังตำแหน่งที่น่าสงสัยเป็นผลให้ปรากฎว่าดินมีความผิดปกติจริงๆสำหรับดาวอังคารและประกอบด้วยซิลิกอนออกไซด์เป็นส่วนใหญ่"
- กับรุ่น ทุกอย่างชัดเจนคร่าว ๆ และการตรวจจับนิวตรอนเกิดขึ้นได้อย่างไร?
- เราตรวจจับนิวตรอนพลังงานต่ำด้วยตัวนับสัดส่วนตามฮีเลียม-3 - พวกมันทำงานใน DAN, LEND, MGNS และอุปกรณ์อื่นๆ ทั้งหมดของเรา นิวตรอนที่ติดอยู่ในฮีเลียม-3 จะ "แตก" แกนกลางของมันออกเป็นสองอนุภาค จากนั้นจะเร่งความเร็วในสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดปฏิกิริยาหิมะถล่ม และที่ทางออก ชีพจรของกระแสไฟฟ้า (อิเล็กตรอน)
Maxim Mokrousov และ Sergey Kapitsa รูปถ่าย: จากเอกสารส่วนตัว
นิวตรอนพลังงานสูงตรวจพบในประกายไฟโดยแสงวาบที่สร้างขึ้นเมื่อกระทบกับแสง โดยปกติแล้วจะเป็นพลาสติกอินทรีย์ เช่น สไตบีน รังสีแกมมาสามารถตรวจจับคริสตัลจากแลนทานัมและโบรมีนได้ ในเวลาเดียวกัน คริสตัลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นจากซีเรียมและโบรมีนก็ปรากฏขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้ เราใช้คริสตัลเหล่านี้ในเครื่องตรวจจับล่าสุดของเรา ซึ่งจะบินไปยังดาวพุธในปีหน้า
- และเหตุใดสเปกโตรกราฟของตะวันตกจึงได้รับเลือกในการแข่งขันแบบเปิดที่เหมือนกันทุกประการของหน่วยงานอวกาศตะวันตก เครื่องมืออื่น ๆ ก็เป็นแบบตะวันตกเช่นกันและเครื่องตรวจจับนิวตรอนเป็นรัสเซียครั้งแล้วครั้งเล่า?
- โดยทั่วไปแล้ว มันเป็นเรื่องของฟิสิกส์นิวเคลียร์: ในพื้นที่นี้ เรายังคงเป็นหนึ่งในประเทศชั้นนำของโลก มันไม่ได้เกี่ยวกับอาวุธเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับมวลของเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องที่นักวิทยาศาสตร์ของเรามีส่วนร่วมด้วย แม้แต่ในยุคโซเวียต เราก็สามารถบรรลุรากฐานที่ดีเช่นนี้ได้ ซึ่งแม้ในช่วงทศวรรษ 1990 ก็ยังไม่สามารถสูญเสียทุกสิ่งทุกอย่างได้อย่างสมบูรณ์ แต่วันนี้เราก็ได้เพิ่มความเร็วขึ้นอีกครั้ง
ควรเข้าใจว่าหน่วยงานตะวันตกเองไม่จ่ายเล็กน้อยสำหรับอุปกรณ์ของเราเหล่านี้ ทั้งหมดนั้นทำมาจากเงินของรอสคอสมอส เพื่อเป็นการสนับสนุนภารกิจต่างประเทศของเรา เพื่อแลกกับสิ่งนี้ เราได้รับสถานะที่สูงของผู้เข้าร่วมในโครงการสำรวจอวกาศนานาชาติ และนอกจากนี้ การเข้าถึงโดยตรงไปยังข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ที่เครื่องมือของเรารวบรวม
เราส่งผลลัพธ์เหล่านี้หลังการประมวลผล ดังนั้น เราจึงถือว่าเราเป็นผู้เขียนร่วมของข้อค้นพบทั้งหมดที่เกิดจากอุปกรณ์ของเรา ดังนั้น เหตุการณ์ที่มีรายละเอียดสูงทั้งหมดที่มีการตรวจจับการมีอยู่ของน้ำบนดาวอังคารและดวงจันทร์ หากไม่ทั้งหมด ผลลัพธ์ของเราก็จะตามมาในหลายประการ
เราสามารถเรียกคืนเครื่องตรวจจับแรกของเรา HEND ซึ่งยังคงทำงานอยู่บนยานสำรวจ American Mars Odyssey ต้องขอบคุณเขาที่รวบรวมแผนที่ของปริมาณไฮโดรเจนในชั้นผิวของดาวเคราะห์แดงเป็นครั้งแรก
HEND นิวตรอนสเปกโตรมิเตอร์
การใช้งาน: ยานอวกาศ Mars Odyssey (NASA) ปี 2544 ถึงปัจจุบัน น้ำหนัก 3,7 กก. การใช้พลังงาน: 5.7 วัตต์ ผลลัพธ์หลัก: แผนที่ละติจูดสูงของการกระจายน้ำแข็งในน้ำทางเหนือและใต้ของดาวอังคารด้วยความละเอียดประมาณ 300 กม. การสังเกตการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลในแคปเซอร์คัมโพลาร์
Maxim Mokrousov: “หากปราศจากความสุภาพเรียบร้อย ฉันสามารถพูดได้ว่าบน Mars Odyssey ซึ่งอีกไม่นานจะอยู่ในวงโคจรเป็นเวลา 15 ปี เครื่องดนตรีเกือบทั้งหมดได้เริ่มทำงานผิดพลาดไปแล้ว และมีเพียงเครื่องของเราเท่านั้นที่ยังคงทำงานโดยไม่มีปัญหา มันทำงานควบคู่ไปกับเครื่องตรวจจับแกมมาซึ่งแสดงเครื่องมือเดียวได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งครอบคลุมพลังงานอนุภาคที่หลากหลาย"
- เนื่องจากเรากำลังพูดถึงผลลัพธ์ อุปกรณ์ดังกล่าวทำงานทางวิทยาศาสตร์ประเภทใด?
- นิวตรอนเป็นอนุภาคที่ไวต่อไฮโดรเจนมากที่สุด และถ้าอะตอมของมันอยู่ที่ใดก็ได้ในดิน นิวตรอนก็จะถูกยับยั้งอย่างมีประสิทธิภาพโดยนิวเคลียสของพวกมัน บนดวงจันทร์หรือดาวอังคาร พวกมันสามารถสร้างขึ้นได้ด้วยรังสีคอสมิกของดาราจักรหรือถูกปล่อยออกมาจากปืนนิวตรอนพิเศษ และแท้จริงแล้วเราวัดนิวตรอนที่สะท้อนจากดิน ยิ่งมีน้อยเท่าใด ไฮโดรเจนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
ในทางกลับกัน ไฮโดรเจนก็เป็นน้ำที่มีแนวโน้มมากที่สุด ไม่ว่าจะอยู่ในรูปที่ค่อนข้างเย็นเยือกแข็ง หรือถูกกักไว้ในองค์ประกอบของแร่ธาตุไฮเดรต ห่วงโซ่เรียบง่าย: นิวตรอน - ไฮโดรเจน - น้ำ ดังนั้นงานหลักของเครื่องตรวจจับนิวตรอนของเราคือการค้นหาแหล่งน้ำอย่างแม่นยำ
เราเป็นคนที่ใช้งานได้จริง และงานทั้งหมดนี้ทำขึ้นสำหรับภารกิจในอนาคตไปยังดวงจันทร์หรือดาวอังคารเดียวกันเพื่อการพัฒนาของพวกเขา หากคุณลงจอดบนน้ำ แน่นอนว่าน้ำเป็นทรัพยากรที่สำคัญที่สุดที่จะต้องส่งหรือสกัดในพื้นที่ สามารถรับไฟฟ้าได้จากแผงโซลาร์เซลล์หรือแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ น้ำยากขึ้น ตัวอย่างเช่น สินค้าหลักที่เรือบรรทุกสินค้าต้องส่งไปยังสถานีอวกาศนานาชาติในปัจจุบันคือน้ำ แต่ละครั้งรับ 2–2.5 ตัน
LEND เครื่องตรวจจับนิวตรอน
การใช้งาน: ยานอวกาศ Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA) ค.ศ. 2009 ถึงปัจจุบัน น้ำหนัก: 26.3 กก. การใช้พลังงาน: 13W ผลลัพธ์หลัก: การค้นพบแหล่งน้ำที่มีศักยภาพที่ขั้วโลกใต้ของดวงจันทร์ การสร้างแผนที่โลกของการแผ่รังสีนิวตรอนของดวงจันทร์ด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ 5-10 กม.
Maxim Mokrousov: “ใน LEND เราได้ใช้ collimator ที่อิงจากโบรอน-10 และโพลิเอธิลีน ซึ่งบล็อกนิวตรอนที่ด้านข้างของมุมมองของอุปกรณ์ มันเพิ่มมวลของเครื่องตรวจจับมากกว่าสองเท่า แต่มันทำให้ได้ความละเอียดที่มากขึ้นเมื่อสังเกตพื้นผิวดวงจันทร์ - ฉันคิดว่านี่เป็นข้อได้เปรียบหลักของอุปกรณ์ซึ่งทำให้เราสามารถเลี่ยงเพื่อนร่วมงานจากลอสอาลามอสได้อีกครั้ง"
- มีการสร้างอุปกรณ์ดังกล่าวไปแล้วกี่เครื่อง? และวางแผนไว้เท่าไหร่?
- ง่ายต่อการแสดงรายการ: พวกเขากำลังใช้งาน HAND บน Mars Odyssey และ LEND บน LRO บนดวงจันทร์, DAN บนรถแลนด์โรเวอร์ Curiosity รวมถึง BTN-M1 ที่ติดตั้งบน ISS มันคุ้มค่าที่จะเพิ่มเครื่องตรวจจับ NS-HEND ซึ่งรวมอยู่ในโพรบรัสเซีย "Phobos-Grunt" และโชคไม่ดีที่หายไปพร้อมกับมัน ตอนนี้ ในขั้นตอนต่างๆ ของความพร้อม เรามีอุปกรณ์ดังกล่าวอีกสี่เครื่อง
BTN-M1. ภาพ: สถาบันวิจัยอวกาศ RAS
ครั้งแรกของพวกเขา - ฤดูร้อนหน้า - จะบินเครื่องตรวจจับ FREND มันจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจร่วมกับ EU ExoMars ภารกิจนี้มีขนาดใหญ่มาก ซึ่งจะรวมถึงยานอวกาศ ยานลงจอด และรถแลนด์โรเวอร์ขนาดเล็ก ซึ่งจะเปิดตัวแยกกันระหว่างปี 2016-2018 FREND จะทำงานบนโพรบที่โคจรอยู่ และในนั้นเราใช้คอลลิเมเตอร์แบบเดียวกับที่ LEND ของดวงจันทร์เพื่อวัดปริมาณน้ำบนดาวอังคารด้วยความแม่นยำเดียวกันกับที่ทำกับดวงจันทร์ ในระหว่างนี้ เรามีข้อมูลเหล่านี้สำหรับดาวอังคารโดยการประมาณคร่าวๆ เท่านั้น
Mercurian gamma และ neutron spectrometer (MGNS) ซึ่งจะทำงานบนโพรบ BepiColombo นั้นพร้อมและส่งมอบให้กับพันธมิตรในยุโรปของเรามานานแล้ว มีการวางแผนว่าจะเปิดตัวในปี 2560 ในขณะที่การทดสอบสูญญากาศทางความร้อนครั้งสุดท้ายของเครื่องมือนี้กำลังดำเนินการอยู่ในฐานะส่วนหนึ่งของยานอวกาศ
เรากำลังเตรียมเครื่องมือสำหรับภารกิจรัสเซีย - นี่คือเครื่องตรวจจับ ADRON สองตัว ซึ่งจะทำงานเป็นส่วนหนึ่งของยานเกราะ Luna-Glob และ Luna-Resurs นอกจากนี้ เครื่องตรวจจับ BTN-M2 ยังทำงานอยู่ มันจะไม่เพียงแต่ทำการสังเกตการณ์บนสถานีอวกาศนานาชาติเท่านั้น แต่ยังช่วยให้สามารถหาวิธีและวัสดุต่างๆ เพื่อการปกป้องนักบินอวกาศจากองค์ประกอบนิวตรอนของรังสีคอสมิกได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เครื่องตรวจจับนิวตรอน BTN-M1
การใช้งาน: สถานีอวกาศนานาชาติ (Roscosmos, NASA, ESA, JAXA เป็นต้น) ตั้งแต่ปี 2550 น้ำหนัก 9.8 กก. การใช้พลังงาน: 12.3W ผลลัพธ์หลัก: สร้างแผนที่ของฟลักซ์นิวตรอนในบริเวณใกล้เคียงกับสถานีอวกาศนานาชาติ สถานการณ์การแผ่รังสีที่สถานีได้รับการประเมินที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมของดวงอาทิตย์ การทดลองกำลังดำเนินการลงทะเบียนการระเบิดของรังสีแกมมาคอสมิก
Maxim Mokrousov: “จากการมีส่วนร่วมในโครงการนี้ เราค่อนข้างแปลกใจ เพราะในความเป็นจริง รูปแบบการแผ่รังสีที่แตกต่างกันคืออนุภาคที่แตกต่างกัน รวมถึงอิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน ในเวลาเดียวกัน ปรากฎว่าองค์ประกอบนิวตรอนของอันตรายจากการแผ่รังสียังไม่ได้รับการวัดอย่างถูกต้อง และนี่เป็นรูปแบบที่อันตรายอย่างยิ่ง เนื่องจากนิวตรอนนั้นยากมากที่จะคัดกรองโดยใช้วิธีการทั่วไป"
- อุปกรณ์เหล่านี้สามารถเรียกได้ว่าเป็นภาษารัสเซียได้ในระดับใด ส่วนแบ่งขององค์ประกอบและส่วนของการผลิตในประเทศอยู่ในระดับสูงหรือไม่?
- การผลิตเครื่องจักรกลเต็มรูปแบบได้รับการจัดตั้งขึ้นที่นี่ ที่ IKI RAS นอกจากนี้เรายังมีสิ่งอำนวยความสะดวกในการทดสอบที่จำเป็นทั้งหมด: ขาตั้งกันกระแทก ขาตั้งแบบสั่นสะเทือน ห้องสูญญากาศความร้อน และห้องสำหรับทดสอบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า … อันที่จริง เราต้องการเฉพาะการผลิตของบุคคลที่สามสำหรับส่วนประกอบแต่ละชิ้นเท่านั้น - ตัวอย่างเช่น แผงวงจรพิมพ์. พันธมิตรจากสถาบันวิจัยเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ (NIITSEVT) และองค์กรการค้าจำนวนหนึ่งช่วยเราในเรื่องนี้
ก่อนหน้านี้ แน่นอนว่าเครื่องมือของเรามีส่วนประกอบนำเข้าประมาณ 80% อย่างไรก็ตาม ตอนนี้อุปกรณ์ใหม่ที่เราผลิตนั้นประกอบขึ้นจากส่วนประกอบในประเทศเกือบทั้งหมด ฉันคิดว่าในอนาคตอันใกล้จะมีการนำเข้าไม่เกิน 25% และในอนาคตเราจะสามารถพึ่งพาคู่ค้าจากต่างประเทศได้น้อยลง
ฉันสามารถพูดได้ว่าไมโครอิเล็กทรอนิกส์ในประเทศได้ก้าวกระโดดอย่างแท้จริงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา 8 ปีที่แล้ว ในประเทศของเรา ไม่มีการผลิตบอร์ดอิเล็กทรอนิกส์ที่เหมาะกับงานของเราเลย ขณะนี้มีองค์กร Zelenograd "Angstrem", "Elvis" และ "Milandr" มี Voronezh NIIET - ทางเลือกก็เพียงพอแล้ว เราหายใจได้ง่ายขึ้น
สิ่งที่น่ารังเกียจที่สุดคือการพึ่งพาผู้ผลิตคริสตัลเรืองแสงวาบสำหรับเครื่องตรวจจับของเราอย่างแน่นอน เท่าที่ฉันรู้ กำลังพยายามปลูกมันในสถาบันเชอร์โนโกลอฟกาแห่งใดแห่งหนึ่งใกล้มอสโก แต่พวกเขายังไม่ประสบความสำเร็จในการบรรลุขนาดและปริมาตรที่ต้องการของคริสตัลบริสุทธิ์พิเศษ ดังนั้นในเรื่องนี้ เรายังคงต้องพึ่งพาพันธมิตรยุโรป ให้แม่นยำยิ่งขึ้นในข้อกังวลของแซงต์-โกแบ็ง อย่างไรก็ตาม ในตลาดนี้ ความกังวลคือการผูกขาดโดยสมบูรณ์ ดังนั้น โลกทั้งโลกจึงยังคงอยู่ในตำแหน่งที่พึ่งพาได้