РОССИЙСКИЙ ПРИБОР НА АМЕРИКАНСКОМ МАРСОХОДЕ
В ноябре 2011 г. с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида, США) стартовала ракета-носитель «Atlas V» с научно-исследовательской автоматической станцией НАСА MSL (Mars Science Laboratory — марсианская научная лаборатория). Через 9 месяцев, т.е. в августе 2012 г., она должна доставить на поверхность Красной планеты марсоход «Curiosity» («Любопытство»). В состав его научной аппаратуры входит российский прибор ДАН (динамическое альбедо* нейтронов) для сбора информации о наличии запасов воды и водородсодержащих соединений, разработанный в Институте космических исследований РАН (ИКИ) по заказу Роскосмоса. Ученые намерены с его помощью проверить гипотезу о возможности существования на раннем или современном этапе развития Марса примитивных форм жизни.
*Альбедо — характеристика отражательной (рассеивающей) способности поверхности материала (прим. ред.).
«Curiosity» совершит посадку в районе кратера Гей-ла — огромной впадины с высоким конусом выноса осадочных пород в центре, вероятно, сформированном потоком воды. Грунт у его подножия содержит соединения серы и глину, формирующихся, как правило, в присутствии живительной влаги. Географическое положение кратера увеличивает вероятность обнаружения ее следов.
ДАН, состоящий из двух блоков — импульсного нейтронного генератора, изготовленного в московском Всероссийском научно-исследовательском институте автоматики им. Н.Л. Духова (госкорпорация «Росатом»), и детектора нейтронов, созданного в ИКИ РАН, — прикреплен по бокам к марсоходу, рядом с его колесами, и связан специальным контролируемым интерфейсом с научной палубой космического аппа-
Снимок Марса, сделанный американским космическим телескопом «Хаббл» 26 июня 2001 г.
рата. При этом механизм закрыт от внешних воздействий коробами с теплоизоляционными свойствами.
В пресс-службе ИКИ РАН дали подробную информацию о принципах работы устройства, предназначенного для активного зондирования верхнего слоя грунта Марса толщиной ~1 м, и участии нашей страны в американском проекте, предусмотренном соглашением между Роскосмосом и НАСА.
Впервые водяной лед в реголите (материале, покрывающем поверхности небольших безатмосферных планет и спутников) Марса, говорится в сообщении, был открыт благодаря российскому прибору ХЕНД* (High Energy Neutron Detector), сделанному тоже в ИКИ для американского аппарата «Mars Odyssey» (запуск 2GG1 г.) и свыше 9 лет находившему-
*См.: И. Митрофанов. Разгадывая марсианские тайны. — Наука в России, 2GG2, № б (прим. ред.).
ся на орбите Красной планеты (связь с ним была потеряна в 2010 г.). Результаты его измерений позволили ученым сделать вывод об огромных запасах воды в глубинных слоях небесного тела и оценить динамику сезонных отложений атмосферной углекислоты на его поверхности.
Оба эксперимента имеют общую методологию — исследование способом ядерной планетологии состава грунта и поиск воды с борта космического аппарата*. Однако есть и отличия: если ХЕНД измерял нейтроны, образовавшиеся в осадочных породах Марса естественным путем под воздействием космических лучей, то ДАН рассчитан на зондирование только участка поверхности, на котором находится автоматизированная машина. При этом одновременно будут ис-
*См.: Э. Галимов. Перспективы планетологии. — Наука в России, 2004, № 6 (прим. ред.).
Летный образец детектора нейтронов, созданного в Институте космических исследований РАН.
Летный образец импульсного нейтронного генератора, изготовленного в московском Всероссийском научно-исследовательском институте автоматики им. Н.Л. Духова.
пользованы самые эффективные для поиска воды методы гамма- и нейтронной спектрометрии.
Физический принцип таких измерений основан на тонкостях ядерной физики: прибор генерирует короткие (длительность ~1 мкс), но мощные (до 10 млн частиц за одно движение) импульсы нейтронов с энергией 14 МэВ. Элементарные частицы, не имеющие электрического заряда, проникают в грунт Марса, где взаимодействуют с основными породообразующими элементами. Когда нейтрон сталкивается с легким ядром атома водорода (Н2), то, подобно сблизившимся теннисным мячам одинаковой массы, теряет почти половину своей энергии. При взаимодействии же с тяжелыми ядрами, напротив, меняет ее незначительно. Одним словом, если в грунте есть содержащие водород соединения, то прибор будет фиксировать нейтроны с некоторой временной задержкой по отношению к другим частицам. Таким образом, измеряя после импульсного облучения их энергию и время регистрации, можно оценить содержание в веществе Н2 и на основе его распространенности судить о наличии в грунте гидратированных минералов или льда. Чувст-
вительность прибора позволяет обнаружить воду в концентрации ~0,1%.
ДАН, сообщает пресс-служба ИКИ РАН, будет проводить измерения вдоль всей трассы движения техники. Когда она обнаружит участок с повышенным содержанием воды, к работе подключат другие приборы для детального исследования грунта и поиска в этом месте свидетельств биологической активности.
«Поскольку ресурс марсохода зависит не от солнечных батарей (энергией его питает установленный на «корме» плутониевый источник), а от надежности конструкции самого аппарата, — отметил руководи -тель эксперимента, заведующий лабораторией космической гамма-спектроскопии ИКИ РАН, доктор физико-математических наук Игорь Митрофанов, — он сможет исследовать поверхность Красной планеты в течение одного марсианского года, или двух земных лет». Поэтому нейтронный генератор должен обладать аналогичной стойкостью.
Специалисты ВНИИ автоматики им. Н.Л. Духова учли этот нюанс. За основу они взяли серийно выпускаемую промышленную установку ИНГ-101, моди-
фицировав ее под задачи MSL. Изменения касались габаритных размеров, соответствующих посадочным местам на борту лаборатории, расширения теплового диапазона (понижение минимальной рабочей температуры с —20 до —40оС) и других параметров, повышающих надежность работы в экстремальных условиях.
Источником нейтронов в блоке служит вакуумная трубка. По сути, это миниатюрный линейный ускоритель, с одной стороны которого расположен ионный источник, а с другой — мишень, насыщенная тритием. При ее бомбардировке ускоренными ионами происходит ядерная реакция с образованием нейтронов, имеющих энергию 14 МэВ, необходимую для проведения экспериментов на Марсе.
Следует подчеркнуть, американские специалисты испытывали генератор в составе лаборатории MSL в условиях, приближенных к реальным, и пришли к выводу: он сможет выдержать механические и климатические нагрузки, возникающие при старте ракеты с Земли, перелете и посадке на планету, причем его ресурса (10 млн импульсов, если их подавать каждые 10-20 с) хватит на весь срок работы марсохода.
В создании комплекса ДАН, отметили в пресс-центре, участвовали также Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН (Москва) и Объединенный институт ядерных исследований (г. Дубна Московской области). Эксперимент на борту марсохода будут проводить наши и американские специалисты из Лаборатории реактивного движения НАСА и Университета штата Аризона под руководством Игоря Митрофанова. «Когда марсоход идет по поверхности планеты, — заметил он, — им должна управлять единая команда. Принцип, характерный для орбитальных космических аппаратов, когда экспериментатор обрабатывает результаты, полученные только от своего прибора, здесь неприемлем».
По материалам пресс-службы Института космических исследований РАН
Иллюстрации с сайта НАСА «Mars Science Laboratory» и Института космических исследований РАН
Материал подготовила Марина ХАЛИЗЕВА
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.