A FREND ( Fine Resolution Epithermal Neutron Detector ) egy nagy felbontású epitermikus neutrondetektor . A FREND a nemzetközi ExoMars projekt TGO orbitális moduljának négy tudományos műszerének egyike . A műszer fő feladata a Mars felszínéről kiáramló neutronfluxusok regisztrálása és feltérképezése . A FREND-et az Orosz Tudományos Akadémia Űrkutató Intézetének Nukleáris Planetológiai Osztályán fejlesztették ki [1] [2]
A FREND műszert a Mars felszínéről kiáramló neutronáramok észlelésére tervezték. Ezen adatok alapján egy méter mélységig meg lehet ítélni a marsi talajréteg hidrogéntartalmát. Emiatt feltételezhető víz és vízjég jelenléte a felszínen vagy a felszínhez közeli rétegben. Emellett nyomon lehet majd követni az áramlások évszaktól függő változását is. A műszer adatai összevethetők más marsi küldetések, így a leszállási küldetések hasonló műszereinek leolvasásával [3] .
A FREND kísérlet másik feladata a Mars környékének sugárzási helyzetének, a Nap aktivitásától függő töltött részecskék és neutronok áramlásának elemzése. A kísérlet másik célja a helioszféra vizsgálata a Marsra való repülés során, valamint a különböző típusú részecskék hozzájárulása a sugárzási környezethez. A legújabb kutatások rendkívül fontosak az emberes és pilóta nélküli küldetések előkészítése szempontjából [3] .
A műszer térbeli felbontásának 40 kilométerre növelésére egy speciális, a lEND műszeren kidolgozott sémát alkalmaztak: egy kollimátorernyő belsejében egy neutrondetektort helyeztek el , amely elnyeli a nem a legalacsonyabb irányból repülő neutronokat . A készülék 4 detektort használ arányos számlálókon alapuló hélium-3- mal ( 3 He) 6 atmoszféra nyomáson. A készülék 0,4 és 500 k eV közötti energiájú neutronokat érzékel . Mindegyik csatorna a többitől függetlenül működik és halmoz fel eredményeket a műszer megbízhatóságának növelése és a mérési statisztikák javítása érdekében [3] .
A négy arányos számláló mellett az ötödik, szcintillációs számláló működik a műszerben. Sztilbén kristályon alapul, és neutronokat és más nagyenergiájú részecskéket érzékel, amelyek energiája 0,5-10 MeV [3] . A nagy energiájú töltésű részecskék és neutronok jeleinek elkülönítésére a számlálót koincidencia-védelemmel látják el [2] .
Az összes detektort lefedő kollimátor modul 40 kilométeres átmérőjű pontra szűkíti a műszer látóterét, amikor a Mars körpályáján, 400 kilométeres magasságban működik. A kollimátor külső rétege nagy sűrűségű polietilénből készül. A belső réteg elkészítéséhez dúsított bórport ( 10 B ) használtunk . A nagyszámú hidrogénatomot tartalmazó polietilén réteg lelassítja a neutronokat, amelyeket aztán lelassít és elnyel a bórréteg [4] .
A FREND műszer hatodik eszköze a Lyulin-MO dozimetriai modul. A modult úgy tervezték, hogy figyelje a sugárzási helyzetet a marsi pályán. A "Lyulin-MO" egy pár teleszkópból áll. Mindegyik teleszkóp két szilíciumból készült, 2 cm 2 munkaterületű félvezető detektort tartalmaz . A műszer energiafelbontása nem kisebb, mint 100 eV (100 keV és 8 MeV közötti tartományban) és nem kisebb, mint 350 keV (8 és 70 MeV közötti tartományban) [2] . A készüléket a Bolgár Tudományos Akadémia Űrkutatási és Űrtechnológiai Intézetében gyártották [5] .
Az eszköz egy (több részből álló) kollimátor blokk, amely lezárja a detektorokat a vizsgált irányon kívüli sugárzás elől, és öt detektor a kollimátor végére van rögzítve. A kollimátor tetejére egy dozimetriai modul és egy elektronikai egység van rögzítve. A szerszám hőszabályozásának biztosítása érdekében a testhez egy radiátort rögzítenek [2] .
Szerszám tömege 36 kg, mérete 465 × 380 × 370 mm, fogyasztása 14 W, telemetriai forgalom 50 Mbit naponta [3] .
A FREND elődjei a HEND ( Mars Odyssey Project) és a LEND ( Lunar Reconnaissance Orbiter ) műszerek. A HEND műszer marsi pályán való hosszú távú működésének köszönhetően a neutronfluxusok feltérképezését végezték el. Ezen adatok alapján térképeket készítettek a Mars felszínközeli rétegének hidrogéntartalmáról . A HEND mintegy 300 km-es térbeli felbontása azonban nem teszi lehetővé a felszín közeli hidrogén részletes lokalizációját [3] .
A FREND eszköz megrendelője a Szövetségi Űrügynökség , a vezető végrehajtó az Orosz Tudományos Akadémia Űrkutató Intézete, a projektmenedzser pedig I. G. Mitrofanov . A projekttel kapcsolatos munka két szakaszra oszlott: 2012-2016-ban az eszköz fejlesztése, tesztelése és szállítása zajlott; 2016–2017-re a műszer vezérlését és az ExoMars 2016 küldetés [2] során nyert adatok feldolgozását tervezik . A Lyulin-MO dozimetriai egység létrehozásáért a Bolgár Tudományos Akadémia Űrkutatási és Technológiai Intézete ( Szófia , Bulgária) volt felelős . A szcintillációs blokkot a Szövetségi Állami Egységes Vállalat hozta létre „ Összoroszországi Ásványi Erőforrások Tudományos Kutatóintézete, V.I. N. M. Fedorovsky "(FGUP "VIMS", Moszkva , Oroszország). A kollimátor B10 porral való feltöltését (és dúsítását) a JSC "Állami Tudományos Központ - Atomreaktorok Kutatóintézete " (JSC "SSC RIAR", Dimitrovgrad -10, Oroszország) végezte. A készülék mechanikai elemeinek tesztelését és hitelesítését a Szövetségi Állami Költségvetési Tudományos Intézet, a Gépészmérnöki Intézet végezte. A. A. Blagonravov, az Orosz Tudományos Akadémia (IMASH RAN, Moszkva, Oroszország). A Joint Institute for Nuklear Research ( Dubna , Oroszország) fizikai kalibrálást és modellezést végzett. A dozimetriai egység létrehozásához és teszteléséhez az Orosz Tudományos Akadémia Orvosbiológiai Problémái Intézete (SSC RF, IBMP RAS, Moszkva, Oroszország) nyújtott támogatást [2] .