רוסים על מאדים
גילוי המים על מאדים וירח על ידי בדיקות אירופאיות ואמריקאיות הוא בעיקר הכשרון של מדענים רוסים
מאחורי הדיווחים הקבועים על עוד ועוד תגליות שנעשו על ידי נציגויות אירופאיות ואמריקאיות, חומק מתשומת הלב של הציבור שרבות מהתגליות הללו התגלו הודות לעבודתם של מדענים, מהנדסים ומעצבים רוסים. בין תגליות כאלה, אפשר לייחד במיוחד את גילוי עקבות המים הקרובים אלינו וכפי שנראה קודם לכן, גרמי שמיים יבשים לחלוטין - הירח ומאדים. גלאי נויטרונים רוסיים, שעבדו על כלי רכב זרים, הם שעזרו למצוא כאן מים, ובעתיד יסייעו לספק משלחות מאוישות. מקסים מוקרוסוב, דוקטור לפיזיקה ומתמטיקה, אמר לכוכב הלכת הרוסי מדוע סוכנויות החלל המערביות מעדיפות גלאי נויטרונים רוסיים.
- חלליות - גם מסלול, וגם ירידה, וגם רוברים פלנטריים - נושאות סטים שלמים של מכשירים: ספקטרומטרים, מדי גובה, כרומטוגרפים גז וכו'. מדוע גלאי הנייטרונים ברבים מהם הם רוסים? למה זה קשור?
— זאת בשל ניצחון הפרויקטים שלנו במכרזים פתוחים שערכו מארגני משלחות כאלה. כמו המתחרים שלנו, אנחנו מגישים הצעה ומנסים להוכיח שהמכשיר שלנו אופטימלי עבור המכשיר הזה. ועכשיו כמה פעמים הצלחנו בהצלחה.
היריבה הרגילה שלנו בתחרויות כאלה היא המעבדה הלאומית של לוס אלמוס, אותה מעבדה שבה יושם פרויקט מנהטן ונוצרה פצצת האטום הראשונה. אבל, למשל, המעבדה שלנו הוזמנה במיוחד לייצר גלאי נויטרונים עבור הרובר MSL (Curiosity), לאחר שלמדה על הטכנולוגיה החדשה שהייתה לנו. נוצר עבור רובר מאדים האמריקאי, DAN הפך לגלאי הנייטרונים הראשון עם יצירת חלקיקים פעילים. למעשה הוא מורכב משני חלקים - הגלאי עצמו והמחולל, שבהם אלקטרונים המואצים למהירויות גבוהות מאוד פוגעים במטרה של טריטיום ולמעשה, מתרחשת תגובה תרמו-גרעינית מלאה, גם אם מיניאטורית, עם שחרור נויטרונים.
האמריקאים לא יודעים איך לייצר גנרטורים כאלה, אבל עמיתינו ממכון המחקר הכל-רוסי של מוסקבה לאוטומציה על שם דוכוב יצרו אותו. במהלך שנות ברית המועצות, זה היה מרכז מרכזי שבו פותחו "נתיכים" לראשי נפץ גרעיניים, וכיום חלק ממוצריו הם למטרות אזרחיות, מסחריות. באופן כללי, גלאים כאלה עם גנרטורים משמשים, למשל, בחיפוש אחר עתודות נפט - טכנולוגיה זו נקראת רישום נויטרונים. פשוט נקטנו בגישה הזו והשתמשנו בה עבור הרובר; עד כה אף אחד לא עשה את זה.
גלאי נויטרונים פעיל DAN
שימוש: רובר Mars Science Laboratory/Curiosity (NASA), 2012 עד היום. משקל: 2,1 ק"ג (גלאי נייטרונים), 2,6 ק"ג (מחולל נייטרונים). צריכת חשמל: 4,5 W (גלאי), 13 W (גנרטור). תוצאות עיקריות: איתור מים קשורים בקרקע בעומק של עד 1 מ' בתוואי הרובר.
מקסים מוקרוסוב: "לאורך כמעט כל השביל בן 10 ק"מ שכיסה הרובר, נמצאו בדרך כלל מים בשכבות העליונות של הקרקע, 2–5%. עם זאת, בחודש מאי השנה, הוא נתקל באזור שבו יש הרבה יותר מים, או שיש כמה כימיקלים יוצאי דופן. הרובר הסתובב והוחזר למקום חשוד. כתוצאה מכך התברר שהאדמה שם ממש יוצאת דופן למאדים ומורכבת בעיקר מתחמוצת סיליקון.
- עם הדור הכל ברור בערך. ואיך מתבצע גילוי הנייטרונים?
- אנו מזהים נויטרונים בעלי אנרגיה נמוכה עם מונים פרופורציונליים של הליום-3 - הם עובדים ב-DAN, LEND, MGNS וכל המכשירים האחרים שלנו. נויטרון שנפל לתוך הליום-3 "מפרק" את הגרעין שלו לשני חלקיקים, המואצים לאחר מכן בשדה מגנטי, ויוצרים תגובת מפולת, ובמוצא, דופק זרם (אלקטרון).
נויטרונים בעלי אנרגיה גבוהה מתגלים במצצנץ על ידי הבזקים שהם יוצרים כשהם פוגעים בו - בדרך כלל פלסטיק אורגני, כמו סטילבן. ובכן, קרני גמא מאפשרות לזהות גבישים המבוססים על לנתנום וברום. במקביל, הופיעו לאחרונה גם גבישים יעילים יותר המבוססים על צריום וברום, אנו משתמשים בהם באחד מהגלאים האחרונים שלנו, באחד שיטוס למרקורי בשנה הבאה.
- ובכל זאת מדוע באותן תחרויות פתוחות של סוכנויות חלל מערביות נבחרים ספקטרוגרפים מערביים, מכשירים אחרים גם מערביים, וגלאי נויטרונים רוסים שוב ושוב?
- בגדול, הכל עוסק בפיזיקה גרעינית: בתחום הזה אנחנו עדיין נשארים אחת המדינות המובילות בעולם. זה לא רק על כלי נשק, אלא גם על המוני הטכנולוגיות הקשורות בהן עוסקים המדענים שלנו. גם תחת ברית המועצות, הצלחנו להשיג כאן התחלה כל כך טובה, שאפילו בשנות התשעים לא היה אפשר לאבד הכל לגמרי, אבל היום אנחנו שוב מגבירים את הקצב.
יחד עם זאת, צריך להבין שסוכנויות מערביות עצמן לא משלמות אגורה עבור המכשירים האלה שלנו. כולם נעשים עבור כספו של רוסקוסמוס, כתרומתנו לנציגויות זרות. בתמורה, אנו מקבלים מעמד גבוה של משתתפים בפרויקטים בינלאומיים של חקר חלל, ובנוסף - גישה ישירה עדיפות לנתונים המדעיים שהמכשירים שלנו אוספים.
אנו מעבירים את התוצאות הללו לאחר עיבוד, לכן אנו נחשבים בצדק כמחברים שותפים של כל הממצאים שנעשו הודות למכשירים שלנו. לכן, כל האירועים בעלי הפרופיל הגבוה עם גילוי נוכחות המים על מאדים ובירח הם, אם לא לגמרי, אז במובנים רבים התוצאה שלנו.
אנחנו יכולים להיזכר שוב באחד הגלאים הראשונים שלנו, HAND, שעדיין פועל על סיפון הגשושית האמריקאית של מאדים אודיסיאה. בזכותו נערכה לראשונה מפה של תכולת המימן בשכבות פני השטח של הכוכב האדום.
ספקטרומטר ניוטרונים HAND
שימוש: חללית Mars Odyssey (NASA), 2001 עד היום. משקל: 3,7 ק"ג. צריכת חשמל: 5,7W. תוצאות עיקריות: מפות בקו רוחב גבוה של תפוצת קרח המים בצפון ובדרום מאדים ברזולוציה של כ-300 ק"מ, תצפית על שינויים עונתיים במכסות הקוטב.
מקסים מוקרוסוב: "ללא צניעות כוזבת, אני יכול לומר שבאודיסיאה של מאדים, שנמצאת במסלול כבר 15 שנה, כמעט כל המכשירים כבר החלו להיכשל, ורק שלנו ממשיך לעבוד ללא בעיות. זה עובד במקביל לגלאי הגמא, למעשה, מייצג איתו מכשיר בודד, המכסה מגוון רחב של אנרגיות חלקיקים".
- מכיוון שאנו מדברים על התוצאות, איזה סוג של משימות מדעיות מבצעים מכשירים כאלה?
"נייטרונים הם החלקיקים הרגישים ביותר למימן, ואם האטומים שלו נמצאים בכל מקום באדמה, הנייטרונים למעשה מואטים על ידי הגרעינים שלהם. על הירח או על מאדים, הם יכולים להיווצר על ידי קרניים קוסמיות גלקטיות או להיפלט על ידי אקדח נויטרונים מיוחד, ואנו למעשה מודדים את הנייטרונים המשתקפים על ידי הקרקע: ככל שהם פחות, כך יותר מימן.
ובכן, מימן, בתורו, הוא ככל הנראה מים, או בצורה קפואה טהורה יחסית, או קשור בהרכב של מינרלים hydrated. השרשרת פשוטה: נויטרונים - מימן - מים, ולכן המשימה העיקרית של גלאי הנייטרונים שלנו היא בדיוק החיפוש אחר מאגרי מים.
אנחנו אנשים מעשיים, וכל העבודה הזו נעשית עבור משימות מאוישות עתידיות לאותו ירח או למאדים, לחקר שלהם. אם תנחתו עליהם, אז מים, כמובן, הם המשאב המשמעותי ביותר שתצטרכו לספק או לחלץ במקום. ניתן להפיק חשמל באמצעות פאנלים סולאריים או מקורות גרעיניים. יותר קשה עם מים: למשל, המטען העיקרי שספינות משא צריכות להעביר היום ל-ISS הוא מים. זה נלקח 2-2,5 טון בכל פעם.
גלאי ניוטרונים LEND
שימוש: Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA), 2009 עד היום. משקל: 26,3 ק"ג. צריכת חשמל: 13W. תוצאות עיקריות: גילוי עתודות מים פוטנציאליות בקוטב הדרומי של הירח; בניית מפה גלובלית של קרינת הנייטרונים של הירח ברזולוציה מרחבית של 5-10 ק"מ.
מקסים מוקרוסוב: “ב-LEND כבר השתמשנו בקולימטור המבוסס על בורון-10 ופוליאתילן, שחוסם נויטרונים בצידי שדה הראייה של המכשיר. זה יותר מהכפיל את המסה של הגלאי, אבל זה אפשר לנו להשיג רזולוציה גדולה יותר בעת התבוננות על פני הירח - אני חושב שזה היה היתרון העיקרי של המכשיר, שאפשר לנו לעקוף שוב עמיתים מלוס אלמוס.
- כמה מהמכשירים האלה כבר יוצרו? וכמה מתוכנן?
- קל לרשום אותם: אלה כבר פועלים HEND על מסלול מאדים אודיסיאה ו-LEND על ה-LRO הירחי, DAN על רובר Curiosity, כמו גם BTN-M1 המותקן ב-ISS. כדאי להוסיף את גלאי ה-NS-HAND, שהיה חלק מהגששת הרוסית Phobos-Grunt ולמרבה הצער, אבד יחד איתו. כעת יש לנו עוד ארבעה מכשירים כאלה בשלבי מוכנות שונים.
הראשון שבהם, כבר בקיץ הבא, יהיה גלאי FREND, שיהפוך לחלק ממשימת ExoMars במשותף עם האיחוד האירופי. המשימה הזו היא שאפתנית מאוד, היא תכלול מסלול, נחתת ורובר קטן, שישוגרו בנפרד במהלך 2016-2018. FREND יעבוד על בדיקה מסתובבת, ועליה נשתמש באותו קולימטור כמו על הירח LEND כדי למדוד את תכולת המים במאדים באותה דיוק כפי שנעשה עבור הירח. עד כה, יש לנו נתונים אלה עבור מאדים רק בקירוב די גס.
ספקטרומטר מרקורי גמא וניוטרונים (MGNS), שיפעל על הגשושית BepiColombo, כבר מזמן מוכן ונמסר לשותפינו האירופים. מתוכנן שהשיגור יתבצע ב-2017, בעוד שבדיקות הוואקום התרמי האחרונות של המכשיר כבר מבוצעות כחלק מהחללית.
אנחנו גם מכינים מכשירים למשימות רוסיות - אלו שני גלאי ADRON שיעבדו כחלק מרכבי הירידה של לונה-גלוב, ולאחר מכן לונה-משאב. בנוסף, גלאי BTN-M2 פועל. הוא לא רק יבצע תצפיות על סיפון ה-ISS, אלא גם יאפשר לפתח שיטות וחומרים שונים להגנה יעילה על אסטרונאוטים מפני מרכיב הנייטרונים של הקרינה הקוסמית.
גלאי ניוטרונים BTN-M1
שימוש: תחנת חלל בינלאומית (רוסקוסמוס, נאס"א, ESA, JAXA וכו'), מאז 2007. משקל: 9,8 ק"ג. צריכת חשמל: 12,3W. תוצאות עיקריות: נבנו מפות של שטפי נויטרונים בסביבת ה-ISS, מצב הקרינה בתחנה הוערך בהקשר לפעילות השמש, נערך ניסוי לגילוי התפרצויות של קרני גמא קוסמיות.
מקסים מוקרוסוב: "לאחר שהחלטנו את הפרויקט הזה, הופתענו למדי: אחרי הכל, למעשה, צורות שונות של קרינה הן חלקיקים שונים, כולל אלקטרונים, פרוטונים וניוטרונים. יחד עם זאת, התברר שאיש עדיין לא מדד כראוי את מרכיב הנייטרונים של מפגע הקרינה, וזו צורתו המסוכנת במיוחד, משום שקשה ביותר לסכך על נויטרונים בשיטות קונבנציונליות.
- איך אפשר לקרוא למכשירים האלה עצמם רוסיים? האם יש בהם חלק גדול של אלמנטים וחלקים מהייצור המקומי?
- הוקם כאן ייצור מכני מן המניין, ב-IKI RAS. כמו כן, יש לנו את כל מתקני הבדיקה הדרושים: מעמד זעזועים, מעמד רטט, תא ואקום תרמי ותא תאימות אלקטרומגנטית... למעשה, אנו זקוקים לייצור של צד שלישי בלבד עבור רכיבים בודדים - נניח, מעגלים מודפסים. אנו נעזרים בכך בשותפים ממכון המחקר להנדסת אלקטרוניקה ומחשבים (NIITsEVT), מספר מפעלים מסחריים.
בעבר, כמובן, למכשירים שלנו היו הרבה, אי שם בסביבות 80%, של רכיבים מיובאים. עם זאת, כעת המכשירים החדשים שאנו מייצרים כבר מורכבים כמעט לחלוטין מרכיבים ביתיים. אני חושב שבעתיד הקרוב לא יהיה בהם יותר מ-25% מהיבוא, ובעתיד נוכל להיות תלויים עוד פחות בשותפים זרים.
אני יכול לומר שהמיקרו-אלקטרוניקה הביתית עשתה קפיצת מדרגה אמיתית בשנים האחרונות. לפני שמונה שנים, בארצנו, לא יוצרו כלל לוחות אלקטרוניים המתאימים למשימותינו. עכשיו יש מפעלי זלנוגרד "Angstrem", "Elvis" ו-"Milandr", יש את Voronezh NIIET - הבחירה מספיקה. היה לנו קל יותר לנשום.
הדבר המעצבן ביותר הוא התלות הבלתי מותנית ביצרני גבישי הנצנץ עבור הגלאים שלנו. ככל הידוע לי, מנסים לגדל אותם באחד המכונים בצ'רנוגולובקה ליד מוסקבה, אך עד כה לא הצליחו להשיג את הגדלים הנדרשים, נפחים של גביש טהור במיוחד. לכן, בהקשר זה, אנחנו עדיין צריכים להסתמך על שותפים אירופיים, ליתר דיוק, על קונצרן סנט-גוביין. עם זאת, הקונצרן הוא בעל מונופולין מוחלט בשוק הזה, כך שכל העולם נשאר בעמדה תלויה.
מידע