ЛНФ в международном проекте

По проекту "MARS-2000" на стационарную орбиту Марса в конце 2001 года будет выведен орбитальный модуль. В комплекте его оборудования - гамма-спектрометр, созданный в университете штата Аризона, для элементного анализа поверхности Марса. Второй детектор - тепловых нейтронов - разработали в Лос-Аламосе. Третий - детектор HEND (детектор нейтронов высоких энергий) - результат сотрудничества Института космических исследований РАН (http://www.iki.rssi.ru/hend/) и ЛНФ ОИЯИ. Есть ли на Марсе вода и из чего состоит его поверхность - ответы на эти вопросы надеются получить участники американо-российской космической программы.

ЛНФ вошла в эту программу несколько лет назад. Первое обращение из ИКИ в "нейтронку" было примерно таким: "Нам нужен детектор весом 2 кг, способный измерять плотность потока нейтронов в диапазоне энергий от эпитепловых до МэВ-ных. Что вы посоветуете?". В лаборатории ответили: "Например, пропорциональные счетчики в полиэтиленовых чехлах разной толщины, только весить они будут килограммов 20." В результате совместных обсуждений и уточнений веса детекторной части и электроники, изготавливаемой в ИКИ, сошлись на необходимом по проекту параметре веса.

О ходе экспериментальных работ рассказал научный руководитель проекта начальник научно-экспериментального отдела физики ядра ЛНФ В. Н. Швецов: Выбрав схему, мы начали моделировать прибор, на ходу изменяя его размеры, конструкцию, вели измерения на наших источниках нейтронов, создавали методики измерения плотности потока быстрых нейтронов. Огромную помощь в этой деятельности нам оказали сотрудники Отделения радиационных и радиобиологических исследований ОИЯИ: Г.Н.Тимошенко, А.Р.Крылов, В.П.Бамблевский. Именно их опыт позволил поверить наши методы измерения плотности потока нейтронов сертифицированными и признанными в мире методами. Расчеты эффективности отдельных детекторов прибора HEND, выполненные А.Р.Крыловым, являются основой для продолжающейся до настоящего времени работы по математическому моделированию свойств прибора с учетом окружения борта космического аппарата. Калибровки трех летных образцов прибора проводилась в мае, октябре 2000 года и в марте 2001 года. Результатом проведенной работы являются отклики детекторов прибора HEND в полях монохроматических нейтронов известной интенсивности с энергией от 250 кэВ до 15 МэВ. Эти характеристики прибора являются основой для последующей обработки результатов измерений, которые будут проводиться на орбите Марса. Именно измеренные нами функции чувствительности отдельных сенсоров прибора лягут в основу процедуры восстановления спектра нейтронов на орбите “Красной планеты”. Полученная информация о балансе быстрых и медленных нейтронов в этом спектре в свою очередь позволит судить о возможном наличии водяного льда в приповерхностном (глубиной до 1-2 метров слое марсианской почвы).

Насколько отличен стиль работы представителей отрасли космического приборостроения от стиля наших экспериментаторов, я успела почувствовать за полчаса, которые продолжалось совещание рабочей группы у В.Н.Швецова перед началом экспериментальных работ на ЭГ-5 в мае 2000 года. Их манера работы определяется жесткими внешними условиями - сроки, взаимозависимость от многих партнеров, высокие технические требования, итоговая совместимость всех созданных независимо частей "начинки" космического аппарата и, наконец, невозможность что-либо изменить, улучшить, повторить после старта космического корабля.

Вот и намечая план работ в ЛНФ на четыре дня, руководитель проекта, начальник лаборатории Института космических исследований РАН, Игорь Георгиевич Митрофанов, обсуждая с участниками группы из НЭОФЯ и ИКИ возможные трудности и "узкие места" экспериментальных работ, очень жестко ставил сроки их проведения: "У нас нет времени получать красивые научные результаты, если сегодня к 15.00 не будет ясно до конца с нейтронами из d(d,n) реакции, переходим на литиевую мишень, если к 21.00 требуемых параметров не достигнем, завтра с утра занимаемся измерениями на радиоизотопных источниках и т.д. Старт назначен на 7 апреля 2001 года, а не на 8, 9... и космический аппарат ждать нас не будет". Из этой явно не привычной для физиков "установки" возник мой первый вопрос к Игорю Георгиевичу:

- Как вам работается в ОИЯИ? Есть ли взаимопонимание?

- Хорошо работается - мы члены одной команды. Главное, что нас объединяет - физика. А то, что стиль работы разный, так он у всех разный, мы привыкли сотрудничать с профессионалами разных областей. Конечно, физики работают специфично: включил прибор, поработал, выключил, походил-подумал, что-то подпаял, опять включил и т.д. Космос диктует свои условия - когда аппарат улетит, что-либо изменить будет невозможно. Поэтому мы работаем почти по армейским законам.

- Как началось ваше сотрудничество с ЛНФ?

- Все американские программы исследования Марса планируются в сотрудничестве NASA и Российского космического агентства. ИКИ участвует уже в третьей марсианской программе. Еще во времена СССР в Латвии работал институт, выпускающий детекторы из высокочистого германия и кремния. Мы продолжали заказывать детекторы у них, и когда Латвия уже стала независимой республикой, и случайно узнали, что аналогичные детекторы делают в ОИЯИ, а электронику к ним они с самого начала здесь заказывали. Зачем платить независимой Латвии, когда можно связаться непосредственно с производителем? Мы приехали в ОИЯИ, узнали, что здесь существует много разработок по детекторам.

- Какую часть экспериментального оборудования корабля составляет прибор HEND - каково участие России в этой программе?

- Детектор HEND - чисто российский прибор, разработанный и созданный на российские средства. В программе MARS SURVEYOR ORBITER 2001 кроме прибора HEND участвуют гамма-спектрометр, создаваемый в университете штата Аризона, и детектор тепловых нейтронов, созданный в Лос-Аламосе. Данные, полученные в ходе полета со всех трех приборов, будут общим достоянием. Открытая, объявленная цель этой космической программы - поиск воды на Марсе. Есть предположение, что в области полюсов имеются залежи вечной мерзлоты, то есть отложения льда и песка. Есть ли запасы воды и где они, принципиально важно знать для дальнейшего освоения Марса.

- Как живет сегодня ИКИ, есть ли у него перспектива?

- Раз она есть у российской космической программы, то у нас тоже есть. ИКИ сегодня не процветает, но у нас есть все основания рассчитывать, что у наших учеников будет работа в этой стране. Строим мы определенные планы и на продолжение контактов с ЛНФ.

После трех дней работы в ЛНФ в мае 2000 года некоторые итоги подвел сотрудник ИКИ Д.С.Анфимов:

Нам удалось выполнить 70 процентов от намеченного объема работ, оказалось, что весь план все-таки требует больше времени, а в нем-то мы как раз и ограничены. Это наша специфика, плюс жесткие требования по электронике, достоверности данных и другим техническим параметрам. Наша группа раз в пять меньше американской, они разрабатывают, правда, более сложный германиевый детектор, для этого необходимо решить многие непростые технические вопросы.

Мы несколько лет сотрудничаем с ЛНФ, здесь работают хорошие специалисты, и во взаимодействии с ними мы приобретаем очень полезный опыт по регистрации и спектрометрии нейтронов. По прибору HEND электронику и механическую часть разрабатывают в СКБ в Тарусе, в нашем филиале, где всегда строили космические приборы. Также мы связаны с ЦНИИприборостроения и ВНИИминерального сырья, где делают сам детектор, - аналогичные приборы они разрабатывают для геологов, и их уровень исполнения вполне удовлетворяет нашим требованиям. Сборку, монтаж плат, настройку мы, для того чтобы сроки не срывались, сосредоточили в ИКИ, - работу своих сотрудников мы можем контролировать и стимулировать. Далеко не простое сегодня дело - комплектация, все необходимые детали, блоки приходится заказывать задолго, каждая фирма требует своего подхода.

Летный экземпляр прибора полностью готов, но без привязок к реальным измерениям будет невозможно понять, что он будет измерять на орбите Марсе. Поэтому сейчас мы калибруем его на известных источниках. Будет еще и второй летный прибор, если до запуска с первым что-то случится, вовремя сможем заменить. Изготовить дубликат прибора - небольшие затраты. В целом в затратах по проекту, львиная доля, 70 процентов, идет на ракетоноситель, до 25 процентов - на разработку прибора, его испытания, на зарплату, и только примерно 5 процентов составляет собственная стоимость прибора. Поэтому если не изготовить второй образец, то много не сэкономишь, но в случае неудачи можно потерять все. Вообще, всегда в традициях российского космического приборостроения было принято делать не один, а даже два запасных экземпляра. Если же все пройдет благополучно, то запасной прибор остается у нас, и мы позже сможем провести более тщательную его калибровку.

И небольшой итог: 23 июня 2000 года первый летный образец прибора HEND был установлен на готовящийся к полету американский космический аппарат, в конце 2000 года его сменил второй летный образец, который 7 апреля 2001 года и отправился к Марсу на борту космического аппарата Mars Odyssey 2001. Прибытие аппарата на орбиту Марса ожидается в конце октября 2001 года, а первое включение аппаратуры состоится примерно через два месяца.

О. Тарантина