Прибор, разработанный и испытанный при участии ОИЯИ, работает на Марсе уже десять лет

Научный прибор ДАН Института космических исследований РАН (ИКИ РАН), созданный и испытанный при участии двух лабораторий Объединенного института ядерных исследований, в течение десяти лет работает на борту марсохода Curiosity, определяя наличие воды в марсианском кратере Гейла.

9 августа 2012 года спускаемый космический аппарат (ровер) Curiosity Марсианской научной лаборатории NASA опустился на поверхность Марса и начал свою работу, которая продолжается до сих пор. Основные научные цели миссии Марсианской научной лаборатории – определение того, могла ли когда-либо существовать жизнь на Марсе, какую роль в этом играет вода, а также изучение климата и геологии Марса.

На ровере функционируют 13 научных инструментов, одним из которых является активный нейтронный спектрометр ДАН – Динамическое альбедо нейтронов, Dynamic Albedo of Neutrons. (Альбедо нейтронов – вероятность их отражения в результате многократного рассеяния в среде.) Прибор при помощи метода поверхностного нейтронного каротажа изучает содержание в верхнем слое грунта Красной планеты вдоль трассы движения ровера связанной воды/водяного льда. Именно льда – потому что температура на Марсе редко превышает отметку 0°С, а при нагревании вода на планете переходит из твердого состояния сразу в пар – в силу крайне разреженной атмосферы и, соответственно, очень низкого атмосферного давления. Зона научных исследований Curiosity ограничена кратером Гейла (около 150 км в диаметре), который находится в районе экватора планеты.

Возраст кратера Гейла, образовавшегося в результате падения метеорита, составляет от 3,5 до 3,8 млрд лет, и на его месте когда-то (когда атмосфера Марса была в несколько раз плотнее) располагалось озеро. За все годы работы марсоход преодолел дистанцию в 29 км. Из данных, полученных ранее при помощи орбитальных космических аппаратов, было известно, что сейчас воды на Марсе больше всего в районе его полюсов. Место посадки ровера было выбрано с целью изучения геологической истории планеты: в кратере содержатся горные породы как магматического, так и осадочного происхождения. Поэтому для ученых не стало неожиданностью малое содержание воды на пути следования Curiosity.

В результате порядка 1500 сеансов нейтронного зондирования марсианской поверхности экспериментом ДАН установлено, что концентрация воды на поверхности кратера Гейла находится в пределах от 0 до 6 %, при этом наибольшие значения выявлены в тех местах, где другая научная аппаратура ровера определила присутствие гидратированных минералов. Эти материалы образовались там в то далекое время, когда кратер был заполнен водой. В донных отложениях высохшего озера свидетельств существования живых организмов пока найти не удалось.

Важным результатом эксперимента ДАН также явилось измерение собственного нейтронного излучения Марса. Оценить величину нейтронной составляющей марсианского радиационного фона и сравнить ее с данными дозиметров, функционирующих на поверхности и на орбите планеты, необходимо для подготовки потенциального полета астронавтов на Марс.

Уникальный прибор ДАН был разработан в ИКИ РАН при участии Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка и Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ, Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н. Л. Духова (ФГУП ВНИИА) и Института машиноведения РАН им. А. А. Благонравова. В состав научной аппаратуры ДАН входят блок управления и детектирования тепловых и эпитепловых нейтронов, созданный в ИКИ РАН, и импульсный нейтронный генератор – источник быстрых нейтронов, специально модифицированный ВНИИА для условий космоса: были проведены мероприятия по повышению надежности работы генератора, его минимальная рабочая температура была снижена с -20°С до -40°С. Для размещения прибора на ровере была значительно уменьшена величина и вдвое сокращена его масса по сравнению с серийной моделью генератора.

Описание и основные результаты эксперимента ДАН стали материалом для 27 статей в российских и американских научных реферируемых журналах. В 2022 году будет опубликован детальный каталог данных научных измерений прибора. Дальнейшее развитие метода нейтронного каротажа в космосе планируется в рамках российской лунной программы. На основе технологий ДАН созданы активные спектрометры нейтронного и гамма-излучения АДРОН, которые планируются к установке на будущих автоматических станциях «Луна-25» и «Луна-27». Спектрометры АДРОН позволят измерять состав вещества лунного грунта и массовую долю водяного льда в составе реголита в районе южного полюса Луны.

За прошедшее 10-летие ДАН превысил свой технический ресурс на несколько лет и, тем не менее, продолжает работать без сбоев и собирать данные о содержании водорода в грунте кратера.

Прибор ДАН был поставлен на борт марсохода Curiosity в рамках Исполнительного соглашения между NASA и Роскосмосом, который выступил заказчиком научной аппаратуры ДАН, созданной в Институте космических исследований Российской академии наук. Научный руководитель эксперимента ДАН — заведующий отделом ядерной планетологии ИКИ РАН д. ф.-м. н. Игорь Митрофанов.

04.03.2024 | 20:57    195
Ученые Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) разрабатывают устройство для выявления участков накопления сейсмической энергии и количественного прогнозирования сейсмической опасности.
04.03.2024 | 17:23    219
Совместными усилиями коллективов Южно-Уральского государственного университета и Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ был разработан прототип интеллектуальной системы для анализа поведенческих паттернов мелких лабораторных животных.
04.03.2024 | 17:52    223
На встрече в Дубне 1 марта представители Объединенного института ядерных исследований и Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана наметили расширить научное сотрудничество.