Пенсионный советник

«При буре мы не увидим ничего ниже 50 километров»

Что увидят российские приборы на Марсе

Павел Котляр 19.10.2016, 18:47
ESA/D. Ducros via AP

Что будут искать российские приборы марсианской миссии «ЭкзоМарс», как собирались эти сложнейшие устройства, «Газете.Ru» рассказал конструктор одного из них доктор физико-математических наук Олег Кораблев.

19 октября российско-европейская миссия «ЭкзоМарс» достигла своей цели — планеты Марс. В этот день посадочный модуль Schiaparelli высадится на поверхность планеты, а орбитальный аппарат TGO выполнит маневр перехода на гиперболическую относительно Марса. На борту орбитального зонда находятся два российских прибора, изготовленных в ИКИ РАН, — детектор нейтронов ФРЕНД и спектрометрический комплекс АЦС. Научный руководитель эксперимента АЦС д.ф.-м.н. Олег Кораблев рассказал «Газете.Ru» о российской начинке марсианской миссии и о целях экспериментов.

— Олег Игоревич, какие цели должен решать ваш прибор АЦС на борту орбитального модуля TGO?

— Из самого названия орбитера (Trace Gas Orbiter) следует, что он предназначен для измерения малых атмосферных составляющих, и мы предложили прибор, который решает основную задачу. Помимо измерения этих составляющих он будет использоваться для мониторинга климата Марса. Кроме того, мы будем мониторить климатические циклы в атмосфере Марса, например перенос воды с одной полярной шапки на другую, образующиеся при этом облака. В нашем приборе, по сути, три отдельных прибора, канала, плюс электронный блок, который их обслуживает.

Два канала работают в инфракрасном диапазоне. Один прибор, MIR, — поисковый, выполнен по схеме эшелле-спектрометра со скрещенной дисперсией. В нем используется матрица, вся поверхность которой заполняется полосками спектральных линий. Мы будем вначале смотреть на Солнце, как калибровочный источник, затем на него же через атмосферу Марса.

Поделив один спектр на другой, мы получим спектр поглощения атмосферы Марса.

— А этот метод позволяет просветить атмосферу до самых глубоких слоев Марса?

— Нет, и в этом недостаток и ограниченность метода. Поскольку атмосфера Марса постоянно запылена, ее вертикальная оптическая толщина составляет 0,3–0,5. Но если говорить о горизонтальном поглощении, эта величина умножается на значительный фактор, и лишь в случае очень чистой атмосферы мы можем измерить состав сверху до высоты 10–15 километров от поверхности.

При пылевой буре мы не увидим ничего ниже 50 километров.

Когда начнутся научные наблюдения, еще не ясно, потому что для формирования орбиты TGO понадобится время. Проверочные включения на орбите планируются в конце ноября. В принципе это не в полном смысле научная миссия, ее основная задача — ретрансляция сигнала с аппарата, который будет отправлен в 2020 году. Поэтому нам приходится подстраиваться под то, что нам предлагают инженеры. Затем аппарат будет готовиться к операции аэроторможения и формированию окончательной круговой околополярной орбиты.

Если другие марсианские спутники летают так, чтобы видеть Марс в условиях наилучшего освещения, то есть ориентированы на наблюдение поверхности, для нашего спутника будут важны именно затмения Солнца атмосферой, что позволяет измерять малые составляющие наиболее чувствительным методом.

— Сможете ли вы измерить концентрацию метана и другой органики в атмосфере Марса?

— Да, это одна из главных целей. Будем измерять метан с высокой чувствительностью. Однако определить биогенное или абиогенное происхождение этих веществ наши измерения не могут. Мы можем измерять изотопный состав обильных элементов, но органики там буквально крохи.

Но мы надеемся, что нам удастся измерить концентрацию метана в разных местах, увидим, где его больше, где меньше, поймем, как происходят выбросы.

Ведь пока зафиксирован лишь один случай выброса метана в атмосферу Марса, зафиксированный в 2003 году методами наземной астрономии.

— Вы включали ваши приборы во время перелета с Земли?

— Да, включали, ФРЕНД вообще работал постоянно. Нашим прибором мы дважды наводились на Солнце, проводили измерения, результатами мы удовлетворены.

— Сколько ученых и организаций в России работало над вашим прибором?

— В основном он создан силами нашего института, им занималось несколько лабораторий и подразделений. Сканирующую систему с использованием вторичной дифракционной решетки — массивную деталь, которая с большой частотой переставляется из положения в положение, — делала орловская фирма «Астрон-Электроника», с которой у нас не один год сотрудничество. Это небольшая организация, которая живет космическими заказами, делая механику, соответствующие блоки управления, мозги, управляющие различными двигателями. Кроме того, мы сотрудничаем с зеленоградским заводом «Компонент», это наш старый партнер по производству акустооптики, занимающийся высокочастотной электроникой. Есть и другие мелкие примеры кооперации.

— Одним из основных элементов вашего прибора является ПЗС-матрица, чья она?

— Да, матрица используется в двух каналах. Одна из них производства французской компании Sofradir. Мы купили ее, особо не торгуясь, поскольку не было времени, и матрица была адаптирована под нас.

— Были ли сложности с поставкой ее и других комплектующих из-за санкций?

— Сложностей не было, потому что мы успели почти все купить до 2014 года.

Матрицу мы получили уже после, но оплачена она была заранее, до обвала рубля, и санкции не касались старых контрактов.

И потом, Sofradir всегда сотрудничал с Россией.

— А как мировое научное сообщество будет делить результаты, полученные различными приборами миссии «ЭкзоМарс»?

— Тут обычная договоренность: все участники имеют доступ ко всем данным, затем они поступают в общий доступ, но после так называемого «права первой брачной ночи», которое длится около полугода.

— Каков срок службы вашего прибора?

— Загадывать тут трудно. Срок службы одного из каналов у нас не ограничен. А в других используются охладители замкнутого цикла — система Стирлинга с гелием в качестве хладагента. Дело в том, что ИК-детекторы необходимо охлаждать, так как они работают только при низкой температуре, 80–90 кельвинов. Но охлаждением занимается машина с движущимися частями — это насосы, поршни и т.д. Делает их израильская фирма Ricor. У нас в приборе две такие машинки, и их время жизни, к сожалению, ограничено. Есть заявленные несколько десятков тысяч часов ресурса, после которых они могут жить, а могут умереть. А вообще наш прибор СПИКАМ-ИК живет на аппарате «Марс-Экспрессе» уже 13-й год…