Анализ летучих веществ приблизит специалистов к пониманию происхождения спутника Земли и его эволюции. Помимо этого, прибор, разработанный для работы на поверхности Луны, поможет подтвердить или опровергнуть корректность прошлых программ изучения реголита в земных условиях.
Российские ученые из Института космических исследований РАН и Московского физико-технического института совместно с коллегами из Венского технического университета разработали перестраиваемый диодно-лазерный спектрометр «ДЛС-Л» для изучения летучих соединений на Луне. С его помощью специалисты намерены изучить содержание водорода, кислорода, углерода и их изотопов (разновидностей химического элемента), выделенных из реголита приповерхностных слоев. Результаты работы опубликованы в журнале Planetary and Space Science.
Исследователи ожидают, что новый аппарат отправится на земной спутник в составе экспедиции «Луна-27». Предполагается, что спускаемый модуль миссии с научными приборами на борту совершит посадку вблизи Южного полюса Луны в 2028 году.
Как считают разработчики, анализ проб непосредственно в месте их отбора имеет критически важное значение, поскольку это будет способствовать отсутствию загрязнения образцов. В свою очередь, точный анализ изотопного состава водорода, кислорода и углерода позволит ученым с высокой степенью достоверности судить о происхождении Луны и о перспективах ее освоения.
Разработчики спектрометра «ДЛС-Л» вынимают прибор из вакуумной камеры после проведения испытаний. Фото: Анастасия Каплина
«Существует три главных источника летучих веществ на Луне. Это, во-первых, дегазация лунной мантии, во-вторых, взаимодействие протонов солнечного ветра с поверхностными породами и, в-третьих, ударная дегазация падающих метеоритов и комет. При этом состав летучих веществ в каждом конкретном случае уникален. Поэтому, исследуя их, мы получим важные сведения о геологической истории спутника», — объяснил один из разработчиков нового прибора инженер ИКИ РАН и ведущий инженер МФТИ Вячеслав Мещеринов.
Вместе с тем, как считают исследователи, понимание эволюции Луны поможет реконструировать ранние этапы существования Земли, когда на ней формировались океаны, атмосфера и сложные органические соединения. Это связано с имеющей место в научной среде точкой зрения, что свидетельства этого периода сохранились на Луне и ранний этап ее эволюции тесно переплетен с историей Земли.
Устройство для изучения летучих соединений лунного грунта «ДЛС-Л». Фото: Анастасия Каплина
Кроме того, в связи с будущими миссиями по освоению Луны изучение летучих веществ представляет для ученых большой практический интерес. Например, водород и кислород, которые содержатся в реголите, специалисты рассматривают как возможные компоненты топлива для будущих ракет, которые будут стартовать с поверхности Луны. К тому же изучение доступности водяного льда вблизи места посадки позволит скорректировать планы развертывания будущих лунных станций, персоналу которых будет необходима вода.
Как отметил Вячеслав Мещеринов, гарантировать точность измерений в земных условиях, аналогичную экспериментам на поверхности Луны, невозможно, поскольку во время доставки, хранения и анализа образцов их изотопный состав может существенно измениться. Вместе с тем поверка методов наземных лабораторных исследований реголита с помощью лунных опытов — еще одна важная задача нового прибора.
В целом длительность изучения одной пробы на Луне составит от 40 до 90 минут. Сначала реголит с помощью роботизированной руки будет поднят на борт спускаемого аппарата. После этого образцы пройдут специальную обработку и их нагреют до температуры около 1000 0С. Затем полученные в результате термического разложения летучие соединения направят в ячейку лазерного спектрометра для изотопного анализа.
«Наш прибор — наследник устройства для изучения грунта спутника Марса Фобоса, созданного в 2012 года в рамках миссии “Фобос-Грунт”. Его разрабатывали совместно с французскими партнерами из Реймского Университета», — пояснил руководитель разработки прибора «ДЛС-Л», ведущий инженер ИКИ РАН Имант Виноградов.
По словам ученых, общее время, которое потребовалось для создания прибора (от идеи до завершения испытаний), превысило 10 лет. При этом в связи с ограничениями, которые накладываются характером межпланетной миссии, инженеры укладывались в крайне сжатые технические параметры. В результате масса аппарата составляет всего 650 граммов, а габариты — 258 мм × 88 мм × 115 мм. Такие характеристики делают спектрометр самым миниатюрным в своем классе.
При этом в ходе наземных испытаний были полностью подтверждены функциональные параметры прибора, которые соответствует проектным требованиям, основанным на современном научном понимании изотопных различий в летучих соединениях.
2
