FREND ( Detectorul de neutroni epitermici cu rezoluție fină ) este un detector de neutroni epitermici de înaltă rezoluție . FREND este unul dintre cele patru instrumente științifice ale modulului orbital TGO al proiectului internațional ExoMars . Sarcina principală a instrumentului este să înregistreze și să cartografieze fluxurile de neutroni care emană de pe suprafața lui Marte . FREND a fost dezvoltat la Departamentul de Planetologie Nucleară al Institutului de Cercetare Spațială al Academiei Ruse de Științe [1] [2]
Instrumentul FREND este proiectat pentru a detecta fluxurile de neutroni care emană de pe suprafața marțiană. Pe baza acestor date, este posibil să se judece conținutul de hidrogen din stratul de sol marțian la o adâncime de un metru. Din acest motiv, se poate presupune prezența apei și a gheții de apă la suprafață sau în stratul apropiat de suprafață. În plus, se va putea urmări modificarea debitelor în funcție de sezon. Datele instrumentului pot fi comparate cu citirile instrumentelor similare ale altor misiuni marțiane, inclusiv misiunile de aterizare [3] .
O altă sarcină a experimentului FREND este de a analiza situația radiațiilor în vecinătatea lui Marte, fluxurile de particule încărcate și neutroni în funcție de activitatea Soarelui. Un alt obiectiv al experimentului este de a studia heliosfera în timpul zborului către Marte și contribuția diferitelor tipuri de particule la mediul de radiații. Cercetările recente sunt extrem de importante pentru pregătirea misiunilor cu și fără pilot [3] .
Pentru a crește rezoluția spațială a instrumentului la 40 de kilometri, a fost utilizată o schemă specială, elaborată pe instrumentul LEND: un detector de neutroni este plasat în interiorul unui ecran colimator , care absoarbe neutronii care zboară din alte direcții decât nadir . Dispozitivul folosește 4 detectoare bazate pe contoare proporționale umplute cu heliu-3 ( 3 He) la o presiune de 6 atmosfere. Dispozitivul detectează neutroni cu energii de la 0,4 la 500 k eV . Fiecare canal operează și acumulează rezultate independent de celelalte pentru a crește fiabilitatea instrumentului și a îmbunătăți statisticile de măsurare [3] .
În plus față de patru contoare proporționale, al cincilea, scintilație , funcții de contor în instrument. Se bazează pe un cristal de stilben și detectează neutroni și alte particule de înaltă energie cu energii de la 0,5 la 10 MeV [3] . Pentru a separa semnalele particulelor încărcate de mare energie și neutroni, contorul este prevăzut cu protecție anticoncidență [2] .
Modulul colimator, care acoperă toți detectoarele, îngustează câmpul vizual al instrumentului la un punct cu un diametru de 40 de kilometri atunci când funcționează pe o orbită circulară a lui Marte la o altitudine de 400 de kilometri. Stratul exterior al colimatorului este realizat din polietilenă de înaltă densitate . Pentru realizarea stratului interior a fost folosită pulbere de bor îmbogățit ( 10 B ) . Stratul de polietilenă care conține un număr mare de atomi de hidrogen încetinește neutronii, care sunt apoi încetiniți și absorbiți de stratul de bor [4] .
Al șaselea dispozitiv al instrumentului FREND este modulul dozimetric Lyulin-MO. Modulul este conceput pentru a monitoriza situația radiațiilor pe orbita marțiană. „Lyulin-MO” constă dintr-o pereche de telescoape. Fiecare telescop conține doi detectoare cu semiconductori cu o suprafață de lucru de 2 cm 2 din siliciu. Rezoluția energetică a instrumentului nu este mai mică de 100 eV (în intervalul de la 100 keV la 8 MeV) și nu mai mică de 350 keV (în intervalul de la 8 la 70 MeV) [2] . Dispozitivul a fost fabricat la Institutul de Cercetare și Tehnologie Spațială al Academiei Bulgare de Științe [5] .
Instrumentul este un bloc colimator (format din mai multe secțiuni), care închide detectoarele de radiații din afara direcției studiate și cinci detectoare atașate la capătul colimatorului. Un modul dozimetric și o unitate electronică sunt atașate la partea superioară a colimatorului. Pentru a asigura regimul termic al sculei, pe corp este atașat un radiator [2] .
Greutatea sculei 36 kg, dimensiune 465 × 380 × 370 mm, consum de energie 14 W, trafic de telemetrie 50 Mbit pe zi [3] .
Predecesorii lui FREND sunt instrumentele HEND ( Mars Odyssey Project) și LEND ( Lunar Reconnaissance Orbiter ). Datorită funcționării pe termen lung a instrumentului HEND pe orbita marțiană, a fost realizată cartografierea fluxurilor de neutroni. Pe baza acestor date, au fost construite hărți ale conținutului de hidrogen din stratul apropiat al suprafeței lui Marte. Cu toate acestea, rezoluția spațială a HEND, care este de aproximativ 300 km, nu permite localizarea detaliată a hidrogenului aproape de suprafață [3] .
Clientul instrumentului FREND este Agenția Spațială Federală , executorul principal este Institutul de Cercetare Spațială al Academiei Ruse de Științe, iar managerul de proiect este I. G. Mitrofanov . Lucrările la proiect au fost împărțite în două etape: în perioada 2012-2016, s-au efectuat dezvoltarea, testarea și livrarea instrumentului; pentru 2016–2017 sunt planificate controlul instrumentului și prelucrarea datelor obținute în timpul misiunii ExoMars 2016 [2] . Institutul de Cercetare și Tehnologie Spațială al Academiei Bulgare de Științe ( Sofia , Bulgaria) a fost responsabil pentru crearea unității dozimetrice Lyulin-MO . Blocul de scintilație a fost creat de Întreprinderea Unitară Federală de Stat „ Institutul de Cercetare Științifică All-Rusian a Resurse Minerale, numit după V.I. N. M. Fedorovsky „(FGUP „VIMS”, Moscova , Rusia). Umplerea colimatorului cu pulbere B10 (și îmbogățirea acesteia) a fost efectuată de JSC „Centrul Științific de Stat - Institutul de Cercetare al Reactorilor Atomici ” (JSC „SSC RIAR”, Dimitrovgrad -10, Rusia). Testarea și verificarea elementelor mecanice ale dispozitivului a fost efectuată de Instituția de Știință a Bugetului de Stat Federal, Institutul de Inginerie Mecanică. A. A. Blagonravov de la Academia Rusă de Științe (IMASH RAN, Moscova, Rusia). Institutul Comun pentru Cercetări Nucleare ( Dubna , Rusia) a efectuat calibrarea fizică și modelarea. Institutul de Probleme Biomedicale al Academiei Ruse de Științe (SSC RF, IBMP RAS, Moscova, Rusia) a oferit sprijin pentru crearea și testarea unității dozimetrice [2] .