Проект «Интергелио-Зонд» предназначен для изучения физики Солнца и солнечно-земных связей. Запуск космического аппарата «Интергелио-Зонд» планируется на 2022 год. Этот зонд, совершая многократные гравитационные манёвры у Венеры, будет постепенно приближаться к Солнцу и по пути выполнять многочисленные измерения. Об участии в этом проекте рассказал ведущий научный сотрудник НИИЯФ МГУ, доктор физико-математических наук Сергей Игоревич Свертилов.
- Сергей Игоревич, расскажите о вкладе НИИЯФ МГУ в проект «Интергелио-Зонд».
- Мы разрабатываем два прибора: детектор «ИнтерСОНГ» и телескоп СКИ-5. «ИнтерСОНГ» в основном предназначен для измерения потоков нейтронов от Солнца. А СКИ-5 - для измерения потоков заряженных частиц высоких энергий также от Солнца; главным образом, это электроны с энергиями примерно от 100 КэВ до нескольких МэВ, протоны от нескольких МэВ до примерно 100 МэВ и ядра некоторых частиц от нескольких МэВ на нуклон до нескольких десятков МэВ на нуклон.
- Какие задачи будут решать приборы «ИнтерСОНГ» и СКИ-5?
- Детектор нейтронов «ИнтерСОНГ», во-первых, будет определять направление прихода регистрируемых частиц, что позволит непосредственно показать, что нейтроны пришли именно от Солнца. До этого с приборами на орбите Земли мы только предполагали, что зарегистрировали солнечные нейтроны, так как прямого доказательства у нас не было.
Во-вторых, поскольку нейтрон – нестабильная частица, то чем ближе к Солнцу, тем больше вероятность того, что мы сможем зарегистрировать нейтроны меньших энергий. Мы сможем измерить такие нейтроны, которые на орбите Земли менее доступны!
В-третьих, через нейтроны мы получим информацию, например, об ускорении протонов или ядер других элементов в области солнечной вспышки, что важно для понимания механизма вспышки и определения состава вещества в том месте, где произошла вспышка. Мы узнаем есть ли, помимо плазмы из протонов и электронов, какие-то другие элементы в солнечной атмосфере.
А с помощью телескопа заряженных частиц СКИ-5 мы будем проводить в основном радиационные измерения. Также если в результате солнечной вспышки частицы ускорятся и выйдут из солнечной короны, то СКИ-5 позволит зарегистрировать и измерить их энергетические спектры, то есть распределение потоков частиц по энергии. Тем самым получим информацию об ускорении частиц во вспышках.
Кроме того, в СКИ-5 заложены возможности измерения углового распределения потоков заряженных частиц высоких энергий, которые могут позволить понять по каким траекториям частицы движутся от Солнца, где происходит ускорение и только ли во время вспышки. Но для этого нужно измерять потоки заряженных частиц в разных точках межпланетного пространства. Хорошо, если будут проводится измерения на «ИнтерСОНГ» в относительной близи от Солнца и одновременно на других космических аппаратах в районе Земли.
- Насколько это возможно устроить?
- Околоземных аппаратов всегда много, так что вероятность большая.
- Что дадут полученные знания?
- Это чисто академические интересы. Просто создадим адекватную модель ускорения частиц. Возможно, сможем ответить на вопрос: почему в природе работают ускорители частиц?
- Как обстоят дела с приборами в настоящее время?
- До 2015 года будет макетная проработка. Если в следующем году будет финансирование, то откроем стадию опытно-конструкторских работ.
До сих пор была стадия научно-исследовательских работ и предварительная стадия опытно-конструкторских работ, в частности, были разработки эскизного проекта, в основном это работы бумажные.
Сейчас мы начнём прорабатывать лабораторные макеты отдельных узлов детекторов, электроники, фотоприёмников. Затем в ходе лабораторных испытаний сможем сделать выбор в пользу той или иной конструкции, и, соответственно, того или иного детектора, фотоприёмника, плат электроники и так далее, то есть будет выработана окончательная конструкция прибора.
К 2015 году будет создан первый макет прибора, который по размеру и массе будет полностью соответствовать лётному образцу. Единственное исключение - вместо детекторов и электроники на первый макет будет поставлен некий имитатор в виде лампочки или сопротивления, транзистора, который имитирует токопотребление и тепловыделение. С первым макетом также будут проводится лабораторные испытания. По итогам этих испытаний в документацию внесутся окончательные изменения, будет выпущен документ для создания технологического и лётного образцов.
- Есть ли аналогичные приборы в мире?
- Нет, таких приборов, какие мы хотим сделать, нигде нет, они уникальные. А так есть аналогичные научные задачи, по которым делают подобные приборы.
- Расскажите подробнее…
- В «ИнтерСОНГ» уникальное сочетание годоскопической системы с калориметром.
Пока рассматриваем вариант, что «ИнтерСОНГ» будет состоять из годоскопической системы, которая представляет собой набор волокон на основе пластмассового сцинтиллятора, расположенных крест-накрест. Волокно толщиной несколько миллиметров и длиной 30-40 сантиметров.
Суть в том, что при попадании нейтрона в волокно оно начинает светиться. Это свечение фиксирует фотоприёмник, установленный на торцах волокон. Важно, что сигнал, снятый с отдельного такого волокна, позволяет получить координаты взаимодействия нейтрона с волокном, и впоследствии – траекторию нейтрона.
Под годоскопической системой должен быть расположен калориметр. Это такой куб, состоящий из большого числа пальцеобразных кристаллов. Это тоже сцинтиллятор, при попадании на него частиц он светятся. Он должен быть сделан из более плотного вещества, чтобы можно было детектировать ещё и гамма-излучение, гамма-кванты. Скорее всего, в качестве вещества сцинтилляторов будут использоваться алюминиево-иттриевые ортосиликаты, так как они не гигроскопичны, не требуют специальной защиты от влаги.
СКИ-5 состоит из 5 телескопов и 3 кремниевых детекторов. Он пока в стандартном варианте для прибора такого типа, но мы его планируем улучшить. Может добавим дополнительные каналы регистрации частиц меньших энергий, чтобы расширить диапазон. Может быть поставим туда детекторы с тем, чтобы иметь возможность более точного измерения угловых распределений.
- Какие имеются ограничения по массе?
- Да, ограничения по массе очень жёсткие, потому что, как Вы понимаете, лететь надо далеко, затраты на запуск большие, аппаратуры для исследований хотят поставить много. За счёт оптимизации конструкции мы соблюдаем ограничения по массе. Пока рано говорить, но мы думаем использовать, возможно, не только традиционные металлические элементы, но и более лёгкие элементы из углепластика. Посмотрим ещё, этот вопрос требует проработки. На это уйдёт 2 года. «ИнтерСОНГ» должен быть до 8 килограммов, СКИ-5 – до 5 килограммов. Для приборов такого класса ограничения небольшие.
- Как можете оценить эффективность приборов сейчас?
- Эффективность рассчитана. И одним словом не скажешь. Это результаты расчётов, это графики. В качестве оценки эффективности можно взять число нейтронов, регистрируемых за вспышку - от нескольких нейтронов до десятков.
- Сколько лет будут работать приборы?
- Приборы наши должны работать не меньше, чем космический аппарат. Хотя мой опыт показывает, что научный прибор живёт дольше аппарата. Сколько я экспериментов не ставил, аппарат раньше заканчивал работать, чем научные приборы.
- А эти приборы так же будут работать?
- Я уверен, что и эти так же будут. Например, приборы на спутнике «Коронас-Ф» проработали 5,5 лет при гарантийном сроке существования 3 года. На американском аппарате «Вояджер» приборы работают уже почти 40 лет. По идее, грамотно сделанный прибор может работать очень долго – десятилетиями.