ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

Институт Космических исследований
Российской Академии Наук

ХЕНД / HEND
Вода на Марсе

ХЕНД/HEND («Детектор высокоэнергичных нейтронов», High-Energy Neutron Detector) — российский эксперимент в составе комплекса GRS на борту автоматической межпланетной станции NASA «2001 Марс Одиссей»/2001 Mars Odyssey.

Участие России в проекте «2001 Марс Одиссей»/2001 Mars Odyssey определено Исполнительным соглашением между НАСА и Федеральным космическим агентством (в настоящее время — Госкорпорация РОСКОСМОС), по заказу которого в Институте космических исследований Российской академии наук была создана аппаратура ХЕНД.

Научные задачи

  • измерить абсолютную величину потока быстрых нейтронов от Марса в разных спектральных диапазонах;
  • картографировать водосодержащие области на поверхности Марса и определить массовую долю водяного льда и химически связанной воды, а также оценить глубину залегания водосодержащих слоев;
  • наблюдать сезонные вариации нейтронного альбедо Марса над полярными областями планеты и определить поверхностную плотность и состав сезонного покрова полюсов (на основе моделей);
  • провести временной и спектральный анализ солнечных событий во время перелета к Марсу и на орбите вокруг планеты, построить стереоскопическую картину отдельных солнечных событий (вместе с данными других проектов);
  • регистрировать гамма-всплески: ХЕНД входит в международную триангуляционную сеть для определения координат транзиентных источников (InterPlanetary Network, IPN).

Миссия

ХЕНД — российский нейтронный детектор, включенный в состав гамма-спектрометра GRS (Gamma Ray Spectrometer) космического аппарата «2001 Марс Одиссей»/2001 Mars Odyssey (НАСА), который проводит исследования Марса с орбиты его искусственного спутника.

Нейтронный детектор ХЕНД регистрирует поток вторичных нейтронов, исходящий от поверхности Марса, — так называемое нейтронное альбедо. Его значение важно для основного эксперимента GRS, в комплекс которого ХЕНД входит составной частью (цель гамма-спектрометрии — изучить минералогический состав марсианского грунта).

В эксперименте GRS данные о нейтронном потоке от поверхности Марса имеют скорее вспомогательное значение. Но чтобы определить, насколько в грунте Марса распространён водород и вода, достаточно только данных ХЕНД.

Нейтроны марсианского альбедо рождаются в приповерхностном слое грунта толщиной 1-2 метра, в ходе взаимодействий с космическими лучами и при распаде естественных радиоактивных элементов. По пути к поверхности они замедляются и поглощаются ядрами основных породообразующих элементов. Таким образом, выходящий из грунта поток нейтронов зависит от состава вещества и в первую очередь — от присутствия водорода или водородосодержащих соединений. На основе измерений распространённости водорода в грунте можно судить о наличии водяного льда или связанной воды в составе минералов.

Кроме этого, известно, что атмосфера Марса испытывает сезонные колебания. При этом осенью и зимой около четверти всей атмосферной углекислоты конденсируется на поверхность полярных областей Марса. Толщина слоя осажденной углекислоты может составлять от нескольких десятков сантиметров до одного метра, так что лёд из углекислоты может полностью закрыть водяной лёд, который составляет полярные шапки планеты. Таким образом, с помощью нейтронной спектроскопии можно наблюдать сезонный цикл на Марсе и определить толщины сезонного покрова осажденной углекислоты.

По результатам многолетней работы на основе данных ХЕНД были построены карты распределения водяного льда в верхнем слое грунта Марса и колебания содержания осаждённой углекислоты в полярных областях. Результаты эксперимента ХЕНД использовались для выбора места посадки марсохода «Кьюриосити» с нейтронным детектором ДАН на борту. Кратер Гейл, где был опущен марсоход, находится в районе Земли Аравия. Согласно данным ХЕНД, содержание водорода в грунте здесь превышает 7% по массе. Однако по результатам нейтронного зондирования, которой проводит ДАН с 2012 года, кратер Гейл оказался очень сухим местом: процентное содержание водяного льда по массе в большинстве точек по пути следования марсохода не больше 1–2%. Это видимое противоречие в наблюдениях должен решить прибор ФРЕНД миссии «ЭкзоМарс-2016», который, как и ХЕНД, работает на орбите искусственного спутника планеты, но имеет гораздо лучшее пространственное разрешение — 40 км (против 100 км у ХЕНД).

В состав прибора входят четыре независимых детектора:

  • три детектора эпитепловых нейтронов: SD, MD, LD — пропорциональные газовые счетчики на основе 3He;
  • детектор нейтронов высоких энергий (SC) из стильбена C14H12, окруженный активной антисовпадательной защитой из кристалла CsI:Tl3+.
Основные характеристики
  • Диапазон энергий регистрируемых нейтронов: 0,4 эВ—15 МэВ
  • Разрешение по времени: переменное, >1 с
  • Разрешение на поверхности: ~100 км на орбите высотой 50 км
  • Разрешение по глубине: ~1–2 м

Головные организации и руководители

  • Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос» (ГК «Роскосмос»): заказчик
  • Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН): головной исполнитель
  • Научный руководитель эксперимента: д.ф.-м.н. Игорь Георгиевич Митрофанов

Коллаборация

  • Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна)
  • Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН (ИМАШ)
  • Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М. Фёдоровского (ВИМС)
  • Научно-инженерный центр «Специализированный научно-исследовательский институт приборостроения» (Сниип)
  • Университет Аризоны (University of Arizona, UofA, США)

Сайты

2001 Mars Odyssey

Статус: работает

Запуск: 07.04.2001, 15:02:22 UTC, космодром Канаверал, РН Delta II

Головное космическое агентство: NASA

SCN: 26734

NSSDC ID: 2001-013A

Основной сайт: https://mars.nasa.gov/odyssey/

ХЕНД / HEND

Статус: работает

Головное космическое агентство: ГК «Роскосмос»

Основной сайт: https://np.cosmos.ru/pribory/hend

Новости ХЕНД