Mars Science Laboratory, uruchomione trzy dni temu w sobotę 26 listopada, jest obecnie w drodze na Czerwoną Planetę - podróż, która potrwa prawie dziewięć miesięcy. Kiedy nadejdzie pierwszy tydzień sierpnia 2012 r., MSL rozpocznie badania gleby i atmosfery w Kraterze Gale, szukając najdelikatniejszych śladów przeszłego życia. I w przeciwieństwie do poprzednich łazików zasilanych energią słoneczną, MSL będzie napędzany energią jądrową, wytwarzając swoją energię w wyniku rozpadu prawie 8 funtów plutonu-238. Potencjalnie utrzyma to działanie łazika nowej generacji przez lata… ale co napędza przyszłe misje poszukiwawcze, skoro NASA może już nie być w stanie sfinansować produkcji plutonu?
Pu-238 jest izotopem nie radioaktywnym pierwiastka radioaktywnego, używanym przez NASA od ponad 50 lat do napędzania statku kosmicznego do eksploracji. Voyagers, Galileo, Cassini… wszyscy mieli radioizotopowe generatory termoelektryczne (RTG), które wytwarzały energię przez Pu-238. Ale substancja nie była produkowana w Stanach Zjednoczonych od późnych lat osiemdziesiątych; wszystkie Pu-238 zostały wyprodukowane w Rosji. Ale teraz pozostało już tylko jedno lub dwa kolejne misje, a plan budżetu na 2012 r. Nie przewiduje jeszcze środków na Departament Energii na kontynuację produkcji.
Skąd przyszłe paliwo? W jaki sposób NASA wzmocni swój następny asortyment robotów-odkrywców? (A dlaczego więcej osób się tym nie przejmuje?)
Amator astronom, nauczyciel i bloger David Dickinson szczegółowo opisał tę zagadkę w artykule informacyjnym napisanym na początku tego roku. Oto kilka fragmentów jego postu:
________________
Po opuszczeniu naszej pięknej planety masa jest wszystkim. Przestrzeń kosmiczna jest trudnym miejscem, dlatego musisz zabrać ze sobą prawie wszystko, czego potrzebujesz, w tym paliwo. I tak, więcej paliwa oznacza więcej masy, oznacza więcej paliwa, oznacza… cóż, masz pomysł. Jednym ze sposobów jest wykorzystanie dostępnej energii słonecznej do wytwarzania energii, ale działa to dobrze tylko w wewnętrznym układzie słonecznym. Spójrz na panele słoneczne na statku kosmicznym Juno zmierzającym do Jowisza w przyszłym miesiącu… te rzeczy muszą byćolbrzymi aby skorzystać z dostępnej dla niej stosunkowo słabej mocy słonecznej… wszystko to dzięki naszemu przyjacielowi odwrotnemu prawu kwadratowemu, które rządzi wszystkim, co jest elektromagnetyczne, włączając światło.
Aby działać w okolicachgłębokiprzestrzeń, potrzebujesz niezawodnego źródła zasilania. Aby skomplikować problemy, wszelkie przyszłe operacje powierzchniowe na Księżycu lub Marsie muszą być w stanie wykorzystywać energię do długich okresów pracy bez Słońca; na przykład księżycowa placówka spotkałaby się z nocami trwającymi około dwóch ziemskich tygodni. W tym celu NASA historycznie wykorzystywała Generatory Termiczne Radioizotopowe (RTG) jako elektrownię elektryczną do długoterminowych misji kosmicznych. Stanowią one lekkie, długoterminowe źródło paliwa, wytwarzające od 20 do 300 watów energii elektrycznej. Większość z nich jest wielkości małego człowieka, a pierwsze prototypy latały na statku kosmicznym Transit-4A i 5BN1 / 2 na początku lat 60-tych. Statki kosmiczne Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo i Cassini - wszystkie sportowe Pu238 napędzane RTG. Statki kosmiczne Viking 1 i 2 miały również RTG, podobnie jak długoterminowe eksperymenty Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP), które astronauci Apollo umieścili na Księżycu. W 2003 roku zaproponowano nawet ambitną misję powrotu próbki na planetę Pluton, która wykorzystywałaby mały silnik jądrowy.
Wideo: jaki naprawdę jest pluton?
David wspomina o niezaprzeczalnych zagrożeniach związanych z plutonem…
Pluton jestpaskudny rzeczy. Jest to silny emiter alfa i bardzo toksyczny metal. Wdychany naraża tkankę płucną na bardzo wysoką lokalną dawkę promieniowania, co stwarza ryzyko raka. Po spożyciu niektóre formy plutonu gromadzą się w naszych kościach, gdzie mogą uszkadzać mechanizm krwiotwórczy organizmu i niszczyć DNA. NASA historycznie oceniała szansę niepowodzenia startu statku kosmicznego New Horizons w odległości 350 do 1 przeciwko, który nawet wtedy niekoniecznie musiałby rozerwać RTG i uwolnić zawarte w niej 11 kilogramów dwutlenku plutonu do środowiska. Pobieranie próbek przeprowadzone wokół miejsca spoczynku wyżej wspomnianego Apollo 13 LM ponownego wejścia etapu wznoszenia modułu księżycowego, na przykład, sugeruje, że ponowne wejście RTG NIE rozerwało pojemnika, ponieważ nigdy nie stwierdzono zanieczyszczenia plutonem .
Jednak niebezpieczeństwa związane z energią jądrową często przesłaniają jej względne bezpieczeństwo i niewątpliwą korzyść:
Wydarzenia związane z czarnymi łabędziami, takie jak Three Mile Island, Czarnobyl i Fukushima, służyły do demonizacji wszystkich rzeczy nuklearnych, podobnie jak pogląd, że 19thstulecia obywatele mieli elektryczność. Nieważne, że elektrownie węglowe wielokrotnie wprowadzały do atmosfery ekwiwalent skażenia radioaktywnego w postaci ołowiu210polon214gazy torowe i radonowe,codzienny. Detektory bezpieczeństwa w elektrowniach jądrowych są często wyzwalane podczas inwersji temperatury z powodu pobliskich emisji z elektrowni węglowych… promieniowanie było częścią naszego środowiska jeszcze przed zimną wojną i pozostanie. Cytując Carla Sagana: „Podróże kosmiczne to jedno z najlepszych zastosowań broni nuklearnej, jakie mogę wymyślić…”
Ale oto jesteśmy, z wyraźnym końcem w perspektywie dostaw „broni” nuklearnej potrzebnej do napędzania podróży kosmicznych…
Obecnie NASA stoi przed dylematem, który w nadchodzącym dziesięcioleciu poważnie utrudni eksplorację zewnętrznego układu słonecznego. Jak wspomniano, obecne rezerwy plutonu są na poziomie wystarczającym dla ciekawości Mars Science Laboratory, która będzie zawierała 4,8 kilograma dwutlenku plutonu oraz ostatnią dużą i być może jedną małą misję zewnętrznego Układu Słonecznego. MSL wykorzystuje nową generację MMRTG („MM” oznacza Multi-Mission) zaprojektowaną przez Boeinga, która będzie wytwarzać 125 watów przez okres do 14 lat. Ale produkcja nowego plutonu byłaby trudna. Ponowne uruchomienie linii zaopatrzenia w pluton byłoby długim procesem i może potrwać dekadę. Rzeczywiście istnieją inne alternatywy nuklearne, ale nie bez kary albo z powodu niskiej aktywności termicznej, lotności, kosztów produkcji lub krótkiego okresu półtrwania.
Implikacje tego czynnika mogą być ponure dla załogowych i bezzałogowych podróży kosmicznych do zewnętrznego układu słonecznego. W zestawieniu z tym, co proponuje niedawne badanie dekadalne z 2011 r. Dotyczące badań planetarnych, będziemy mieli szczęście zobaczyć wielu z tych ambitnych „Battlestar Galactica”- misje zewnętrznego Układu Słonecznego.
Lądowniki, sterowce i okręty podwodne w Europie, Tytanie i Enceladusie będą dobrze funkcjonować poza domeną Słońca i będą potrzebować wspomnianych elektrowni jądrowych, aby wykonać zadanie… kontrast z sondą Huygens Europejskiej Agencji Kosmicznej, która wylądowała na Tytanie po tym, jak została wypuszczony ze statku kosmicznego Cassini NASA w 2004 r., który działał przez kilka godzin na zasilaniu bateryjnym, zanim ulegał temperaturom -179,5 ° C, które reprezentują miły, spokojny dzień na księżycu Saturnian.
Czym więc jest kosmiczna cywilizacja? Z pewnością opcja „nie wchodzenia w kosmos” nie jest tym, czego chcemy na stole, a warp lub Faster-Than-Light napędzają każdy zły film science fiction nigdzie w najbliższej przyszłości. W [moim] bardzo opiniotwórczym widoku NASA ma następujące opcje:
Wykorzystaj inne źródła RTG za karę. Jak wspomniano wcześniej, istnieją inne źródła jądrowe w postaci izotopów plutonu, toru i kury i można je prawdopodobnie włączyć do RTG; wszyscy jednak mają problemy. Niektóre mają niekorzystny okres półtrwania; inne uwalniają zbyt mało energii lub niebezpieczne, przenikające promieniowanie gamma. Pluton238 ma wysoką wydajność energetyczną w znacznym okresie życia, a jego emisje cząstek alfa mogą być łatwo powstrzymane.
Projektuj innowacyjne nowe technologie.Technologia ogniw słonecznych przeszła długą drogę w ostatnich latach, dlatego być może eksploracja orbity Jowisza jest możliwa z wystarczającą powierzchnią gromadzenia. DzielnyDuch iOkazja Łaziki marsjańskie (które w swoich spektrometrach zawierały izotopy Curium!) Znacznie wyprzedziły swoje odpowiednie daty gwarancji za pomocą ogniw słonecznych, a statek kosmiczny NASA Dawn krążący obecnie wokół asteroidy Vesta posiada innowacyjną technologię napędu jonowego.
Naciśnij, aby wznowić produkcję plutonu. Ponownie, nie jest tak prawdopodobne, ani nawet wykonalne, że stanie się to w dzisiejszym trudnym finansowo środowisku po zimnej wojnie. Inne kraje, takie jak Indie i Chiny, chcą „przejść na nuklearne”, aby przełamać swoją zależność od ropy naftowej, ale dotarcie do lądowiska wyrzutni zajmie trochę czasu. Ponadto reaktory mocy nie są dobrymi producentami Pu238. Dedykowana produkcja Pu238 wymaga reaktorów o wysokim strumieniu neutronów lub specjalistycznych reaktorów „szybkich” specjalnie zaprojektowanych do produkcji izotopów trans-uranu…
W oparciu o realia produkcji materiałów jądrowych poziomy finansowania Pu238 wznowienie produkcji jest przerażająco małe. NASA musi polegać na DOE w zakresie niezbędnej infrastruktury i wiedzy, a rozwiązania problemu muszą odpowiadać realiom obu agencji.
I to jest ponura rzeczywistość nowego odważnego świata wolnego od plutonu, który stoi przed NASA; być może rozwiązanie przyjdzie jako połączenie niektórych lub wszystkich powyższych. Następna dekada będzie obarczona kryzysem i szansą… pluton daje nam rodzaj prometeańskiej okazji z jego wykorzystaniem; możemy albo zbudować broń i zabić się nią, albo odziedziczyć gwiazdy.
Podziękowania dla Davida Dickinsona za wykorzystanie jego doskonałego artykułu; przeczytaj pełną wersję na jego stronie Astro Guyz tutaj (i śledź Davida na Twitterze @astroguyz). Sprawdź także ten artykuł Emily Lakdawalla z The Planetary Society o tym, jak powstała jednostka RTG dla Curiosity.
„Są ludzie, którzy słusznie uważają, że to po prostu nie jest priorytetem, że nie ma wystarczającej ilości pieniędzy i to nie jest ich problem. Ale myślę, że jeśli spróbujesz cofnąć się i spojrzeć na las, a nie tylko pojedyncze drzewa, jest to jedna z rzeczy, które pomogły nam stać się potęgą technologiczną. To, co zrobiliśmy z robotyczną eksploracją kosmosu, jest czymś, na co ludzie nie tylko w USA, ale na całym świecie mogą patrzeć ”.
- Ralph McNutt, planetolog z Johns Hopkins University's Applied Physics Laboratory (APL)
(Najlepsze zdjęcie za zdjęcie © 2011 Theodore Gray periodictable.com; użyte za zgodą.)
