«БТН-Нейтрон»: на МКС отправят новый детектор взрывов далеких звезд и солнечных вспышек
Гамма-всплески — одна из главных загадок астрофизики, которую ученые пытаются решить еще с середины 1960-х годов. Считается, что это взрывы ранних звезд на очень большом расстоянии от Солнечной системы. В российском сегменте МКС за мониторинг этих событий отвечает прибор БТН-М1, работу которого нашим космонавтам удалось восстановить этим летом. Кроме того, к запуску готовится второй прибор эксперимента «БТН-Нейтрон» — его вывод на орбиту ожидается в конце этого года. Чем уникален эксперимент «БТН-Нейтрон», как его результаты помогут в планировании межпланетных полетов и какие возможности для него откроет Российская орбитальная станция, Pro Космосу рассказал заведующий отделом ядерной планетологии ИКИ РАН Игорь Митрофанов.
«БТН-Нейтрон»: суть эксперимента
Ядерно-физический эксперимент «БТН-Нейтрон» проводится на МКС вот уже более 17 лет. Все началось в 2006 году, когда на внешней поверхности российского модуля «Звезда» установили нейтронный спектрометр БТН-М1. Первые данные его научная аппаратура начала получать в феврале 2007-го. Перед экспериментом стоят две основные задачи: исследовать радиационный фон вблизи нашей планеты и регистрировать гамма-всплески, происходящие в дальнем космосе.
Научная аппаратура БТН-М1 была изготовлена в отделе ядерной планетологии ИКИ РАН по заказу РКК «Энергия». Речь идет о наружном детекторном блоке, установленном за бортом станции, и внутреннем блоке электроники в гермоотсеке. Помимо них, мониторинг гамма-всплесков также осуществляет прибор ХЕНД, который тоже был разработан в ИКИ РАН и сейчас находится на борту космического аппарата NASA «Марс Одиссей», исследуя нейтронное излучение Марса.
Учитывая многолетнюю историю эксперимента «БТН-Нейтрон», специалисты особо внимательно следят за состоянием бортовой служебной аппаратуры, у которой недавно завершился ресурсный срок работы. А поскольку именно через нее посылаются команды с Земли для управления БТН-М1, то на некоторое время прервался и сам мониторинг гамма-всплесков.
Чтобы возобновить измерения, в РКК «Энергия» и ИКИ РАН разработали альтернативный способ управления БТН-М1 — он предполагал, что космонавты подключат прибор к бортовому ноутбуку и пошлют команды на него «вручную» с помощью специального ПО. Выполнить операцию должны были Олег Кононенко и Николай Чуб — участники 71-й длительной экспедиции МКС. Наконец, 8 августа 2024 года работа БТН-М1 была восстановлена, и уже на следующий день он зарегистрировал очередной космический гамма-всплеск от взрыва гиперновой.
Как пояснил Игорь Митрофанов, который является научным руководителем эксперимента «БТН-Нейтрон», у прибора БТН-М1 восстановилось высокое временное разрешение. Теперь он может вместе с другими аппаратами регистрировать каждый новый гамма-всплеск, который происходит на больших расстояниях от Солнечной системы и нашей Галактики. На основе этих данных ученые определяют на небесной сфере те направления, где находится объект, переживший вспышку, и в конечном итоге могут построить модель этого события.
Именно это произошло во время последних измерений. Помимо БТН-М1, «свидетелем» гамма-всплеска от взрыва гиперновой стал, хотя и с некоторой задержкой в 776 секунд, прибор ХЕНД на борту зонда «Марс Одиссей». Благодаря этому ученые смогли определить положение источника всплеска на небесной сфере с большой точностью.
«Гамма-всплески — это некая загадка природы. Мы стараемся ее решить с середины 60-х годов прошлого века. Мы понимаем, что это, скорее всего, взрывы ранних звезд на очень большом расстоянии от Солнечной системы, от нашей Галактики. Очень важно, чтобы эти взрывы наблюдали одновременно несколько аппаратов, чтобы можно было на основе этих данных определять положение источников на небесной сфере. Дело в том, что мы не знаем, когда это происходит и когда будет происходить в следующий раз. Поэтому такие патрульные наблюдения очень важны», — объяснил Митрофанов.
Другое дело, что космические гамма-всплески не представляют серьезной опасности для будущих полетов в дальний космос. Они находятся достаточно далеко и меняют радиационные условия в космосе не настолько сильно. Чего не скажешь о солнечных вспышках — мощнейших процессах выделения энергии на поверхности нашего светила. В отличие от гамма-всплесков, они способны менять радиационную обстановку в околоземном космосе существенным образом, поэтому крайне важно, что БТН-М1 может измерять и такие события.
Так, среди задач эксперимента «БТН-Нейтрон» — построить физическую модель генерации потоков энергичных частиц во время солнечных вспышек. «На основе этих данных можно будет оценивать те значения радиационного фона в межпланетной среде, которые сопровождают солнечные протонные события и которые действительно могут представлять угрозу для экипажей будущих межпланетных космических аппаратов», — подчеркнул собеседник Pro Космос.
О том, что результаты эксперимента «БТН-Нейтрон» помогут при планировании межпланетных полетов, ранее сообщали в Роскосмосе. Там же подчеркнули, что полученные данные пригодятся для построения обитаемых баз в Солнечной системе. Как добавил по этому поводу Митрофанов, в этом смысле еще одна задача, которую надеются решить в ИКИ РАН, — это разработать методики создания прогнозов «солнечной погоды».
«Так же как и Гидрометцентр дает прогнозы погоды в Москве и других городах страны, важно, чтобы мы могли в исторической перспективе прогнозировать солнечную активность. И на основе таких прогнозов провести специальные мероприятия на борту пилотируемых космических аппаратов, чтобы максимально понизить радиационную опасность для экипажей. В этом направлении мы также работаем сейчас с учетом данных нашего прибора», — сообщил Митрофанов.
Второй прибор запустят на МКС до конца этого года
Помимо этого, к запуску готовится второй прибор в рамках этого эксперимента — «БТН-М2», новый нейтронный и гамма-спектрометр. По сравнению с БТН-М1 он имеет более сложную конструкцию и предназначен не только для измерения радиационного фона, но также для испытаний средств защиты от нейтронов в разных условиях космического полета. Таким образом, как объяснил Митрофанов, отличий у «БТН-М2» на самом деле всего два.
Если первый прибор БТН-М1 находится вне модуля «Звезда» и характеризует фоновую обстановку за пределами гермоотсека МКС, то второй прибор будет размещаться внутри МКС — это позволит одновременно наблюдать радиационный фон как на борту станции, так и за ее пределами. Что касается второго отличия, то, помимо системы детекторов, которыми оснащен «БТН-М», на МКС в составе этого прибора также улетит набор защитных экранов от нейтронного излучения.
«Применяя эти экраны, мы сможем определить диаграмму направленности радиационного фона, потоков нейтронов и гамма-лучей внутри гермоотсека. Поскольку станция имеет сложную конфигурацию, то в разных направлениях могут быть разные потоки излучения, составляющие радиационный фон. Также мы будем заслонять этими экранами разные направления, по которым могут приходить нейтроны, и испытывать эффективность защиты от нейтронов. То есть мы должны будем увидеть, как при установке экранов уменьшается поток нейтронного излучения», — объяснил Митрофанов.
Как ожидается, это поможет российским специалистам при проектировании специальных отсеков, которые будут отличаться хорошей нейтронной защитой. Внутри таких отсеков экипажи станции могут «пережидать» космические бури от солнечных протонных событий — точно так же, как люди на Земле пережидают в домах метели и дожди с градом.
Ранее в ИКИ РАН сообщали, что квалификационно-доводочный образец нового прибора создан и успешно прошел испытания. Митрофанов поделился, что «БТН-М2» планируется доставить на МКС уже в этом году. «Мы люди суеверные, наша работа в космосе всегда сопровождаются риском. Но мы планируем, что этот прибор отправится на МКС в 2024 году и в соответствии с намеченной программой полета в этом же году начнет работать по своей основной задаче», — указал заведующий отделом ядерной планетологии.
Эксперимент продолжат на РОС
Говоря о дальнейших перспективах эксперимента «БТН-Нейтрон», Митрофанов подчеркнул, что его последующий этап эксперимент принят для реализации на Российской орбитальной станции (РОС). Поскольку этот орбитальный комплекс будет развернут на полярной орбите с наклонением 96,8 градуса, это отразится и на самом эксперименте. Дело в том, что радиационная ситуация там, где летает МКС, относительно спокойная, поскольку ее орбита не приближается близко к магнитным полюсам.
«В случае с РОС мы фактически уже начинаем зондировать условия на межпланетных полетах, потому что в окрестностях полюсов космическая радиация может проникать достаточно глубоко к земной поверхности. Орбита РОС будет пересекать полярные области повышенной радиации, и именно в этих областях наиболее интересно проверить, как будет работать нейтронная защита и как мы сможем предохранить будущие экипажи от радиации на межпланетных космических орбитах за пределами земной магнитосферы, особенно в условиях солнечных протонных событий», — пояснил Митрофанов.
Пролетая через районы магнитных полюсов, РОС будет оказываться в условиях межпланетного пространства на короткое время — примерно на 10-15 минут. В этом смысле на борту новой станции ученые смогут проводить первые отработки в рамках подготовки к будущим пилотируемым полетам на Луну.
Пролетая Меркурий
БТН-М1 и ХЕНД — не единственные российские приборы, участвующие в мониторинге гамма-всплесков. Работу в этом направлении также выполняет нейтронный и гамма-спектрометр МГНС, изготовленный в отделе ядерной планетологии ИКИ РАН и находящийся на борту европейского зонда BepiColombo, предназначенного для исследования Меркурия. В начале осени аппарат в четвертый раз облетел Меркурий, пройдя от него на расстоянии всего 165 километров. Результатом стали одни из самых детальных снимков небесного тела за все время.
Межпланетный аппарат прибудет на орбиту вокруг самой горячей планеты Солнечной системы только через два года — в ноябре 2026 года. «Пока мы летим, мы продолжаем изучать радиационный фон в межпланетном пространстве. И когда во Вселенной происходят космические гамма-всплески, то прибор МГНС совместно с приборами БТН-М1 на околоземной орбите и ХЕНД на орбите вокруг Марса регистрируют их каждый в своей точке в пределах Солнечной системы», — подчеркнул Митрофанов.
По его словам, российские специалисты регулярно получают данные с прибора МГНС и сразу же их обрабатывают. Основная задача — максимально изучить локальный радиационный фон на борту BepiColombo до того, как аппарат вновь сблизится с Меркурием. Благодаря этому ученые будут лучше понимать, в каких условиях регистрируют излучение планеты.
Митрофанов напомнил, что европейские коллеги несколько лет назад вышли из ряда совместных проектов с РФ, например, «ЭкзоМарса», однако в случае с работой российского прибора на борту BepiColombo никаких проблем не возникало.
«У нас беда случилась с теми проектами, которые еще не были запущены. Например, как в случае с “ЭкзоМарсом”. Но поскольку BepiColombo улетел уже очень-очень далеко, то, и здесь мы стучим по дереву, никаких неблагоприятных ситуаций с МГНС у нас не происходит. Все штатно», — резюмировал Митрофанов.
Проект «ЭкзоМарс» предполагал отправку к Марсу зонда «Экзомарс-TGO», ровера «Розалинд Франклин» и спускаемого аппарата «Казачок». Первая часть проекта была реализована в 2016 году, когда на орбиту вокруг Марса вышел «Экзомарс-TGO», оснащенный как иностранными, так и российскими научными приборами. Вторая часть проекта так и не состоялась: ее запуск был сорван по решению Европы, покинувшей программу в 2022 году.
Впрочем, как ранее сообщила директор департамента международного сотрудничества Роскосмоса Татьяна Тищенко, в настоящее время посадочная платформа «Казачок» уже возвращена на территорию России. Подробнее о том, как отечественная космонавтика живет в условиях санкций и как реализуется проект строительства лунной станции, читайте в нашем интервью.
