Ученые создали миниатюрный спектрометр для межпланетной миссии «Луна-27»
Перестраиваемый диодно-лазерный спектрометр ДЛС-Л для изучения летучих соединений на Луне разработали совместно с коллегами из Венского технического университета ученые из Института космических исследований (ИКИ) РАН и Московского физико-технического института (МФТИ), 30 июля сообщает журнал МФТИ «За науку».
Анализ летучих веществ спутника Земли с помощью прибора, разработанного специально для работы на поверхности Луны, необходим ученым для понимания ее происхождения и эволюции. Кроме того, предполагается, что прибор сможет подтвердить или опровергнуть корректность проведенных программ изучения реголита в земных условиях.
Полученные с него данные помогут специалистам выяснить содержание водорода, кислорода, углерода и их изотопов, выделенных из реголита приповерхностных слоев Луны.
Принцип работы нового прибора и результаты его исследования были представлены в статье «Спектрометр для исследования изотопологов лунных летучих веществ на посадочном модуле „Луна-27“», опубликованной в журнале Planetary and Space Science.
Разработчики предполагают, что спектрометр ДЛС-Л попадет на спутник Земли в составе экспедиции «Луна-27» в 2028 году. Спускаемый модуль этой миссии, на борту которого будут находиться научные приборы, должен будет совершить посадку вблизи Южного полюса Луны.
Ученые считают, что анализ проб непосредственно на месте их отбора критически важен, поскольку в этом случае не будет загрязнения образцов. Сам же точный анализ изотопного состава водорода, кислорода и углерода необходим исследователям для выяснения происхождения Луны и определения перспектив ее освоения.
На Луне существуют три основных возможных источника летучих веществ: дегазация лунной мантии; взаимодействие протонов солнечного ветра с поверхностными породами; ударная дегазация падающих метеоритов и комет. При этом состав летучих веществ для каждого из таких источников будет другим.
«Поэтому, исследуя их, мы получим важные сведения о геологической истории спутника», — пояснил один из разработчиков нового прибора инженер ИКИ РАН и ведущий инженер МФТИ Вячеслав Мещеринов.
Исследователи надеются, что полученные в результате знания об эволюции Луны помогут узнать и о ранних этапах существования Земли в тот период, когда происходило формирование океанов, атмосферы и возникали сложные органические соединения.
Эти предположения связаны с тем, что в научной среде существует точка зрения, согласно которой свидетельства этого периода сохранились на Луне, а ранний этап ее эволюции тесно переплетен с историей Земли.
Однако изучение летучих веществ Луны представляет для ученых и большой практический интерес в связи с будущими миссиями по ее освоению. Так, специалисты рассматривают водород и кислород, содержащиеся в лунном реголите, в качестве возможных компонентов топлива для ракет, которые будут стартовать с поверхности Луны.
Кроме того, изучение доступности водяного льда рядом с местом посадки спускаемого модуля — Южным полюсом, окажет влияние на планы развертывания будущих лунных станций, персоналу которых будет жизненно необходима вода.
Вячеслав Мещеринов отметил, что в земных условиях невозможно гарантировать точность измерений, которую сможет обеспечить на поверхности Луны разработанный ими аппарат, так как во время доставки, хранения и анализа образцов их изотопный состав может существенно измениться. Также важна поверка методов наземных лабораторных исследований реголита с помощью лунных опытов.
Разработчики рассказали, что длительность изучения одной пробы на Луне составит от 40 до 90 минут. За это время реголит будет поднят на борт спускаемого аппарата роботизированной рукой, далее эти образцы пройдут специальную обработку и нагрев до температуры около 1000 °C, а полученные в результате термического разложения летучие соединения поступят в ячейку лазерного спектрометра для изотопного анализа.
Ученые сообщили, что общее время создания прибора — от идеи до завершения испытаний — превысило 10 лет. За это время инженеры, которым были поставлены очень жесткие ограничения, необходимые из-за межпланетного характера миссии, сумели добиться того, что масса спектрометра, ставшего самым миниатюрным в своем классе, составляет всего 650 граммов, а габариты — 258 мм×88 мм×115 мм.
При этом наземные испытания подтвердили, что функциональные параметры прибора полностью соответствуют проектным требованиям, которые были установлены в соответствии с современным научным пониманием изотопных различий в летучих соединениях.
