Zbliża się koniec niedoboru plutonu w NASA. W poniedziałek 18 marcathJim Green, szef działu nauki planetarnej, Jim Green, ogłosił, że produkcja Plutonu-238 (Pu-238) przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) znajduje się obecnie w fazie testowej, co prowadzi do wznowienia produkcji na pełną skalę.
„Do końca roku kalendarzowego będziemy mieli kompletny plan z Departamentu Energii dotyczący tego, w jaki sposób będą w stanie zaspokoić nasze zapotrzebowanie na 1,5 do 2 kilogramów rocznie”. Green powiedział na 44th Lunar and Planetary Science Conference, która odbyła się w Woodlands w Teksasie w ubiegły poniedziałek.
Ta wiadomość nie przychodzi za wcześnie. Wcześniej pisaliśmy o zbliżającym się niedoborze plutonu i jego konsekwencjach dla przyszłych eksploracji kosmosu. Energia słoneczna jest wystarczająca w większości przypadków, gdy eksplorujesz wewnętrzny układ słoneczny, ale kiedy wyruszasz poza pas asteroid, potrzebujesz do tego energii jądrowej.
Produkcja izotopu Pu-238 była szczęśliwą konsekwencją zimnej wojny. Po raz pierwszy wyprodukowany przez Glen Seaborg w 1940 r. Izotop plutonu (-239) do broni produkowany jest przez bombardowanie neptunu (który sam jest produktem rozpadu uranu-238) za pomocą neutronów. Użyj tego samego izotopu docelowego Neptunium-237 w szybkim reaktorze, a wynik Pu-238. Pu-238 wytwarza 280 razy więcej ciepła rozpadu przy 560 watów na kilogram w porównaniu z gatunkiem broni Pu-239 i jest idealny jako kompaktowe źródło energii do eksploracji kosmosu.
Od 1961 r. Wystrzelono ponad 26 amerykańskich statków kosmicznych wyposażonych w wielozadaniowe generatory termoelektryczne radioizotopowe (MMRTG lub dawniej po prostu RTG) jako źródła energii i badały każdą planetę oprócz Merkurego. RTG były wykorzystywane przez ładunki naukowe Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) pozostawione przez astronautów na Księżycu, a Cassini, Mars Curiosity i New Horizons w drodze na eksplorację Plutona w lipcu 2015 r. Są napędzane energią jądrową.
RTG zasilane plutonem to tylko technologia, którą obecnie używamy, która może przeprowadzać eksplorację kosmosu. Statek kosmiczny Juno NASA jako pierwszy dotrze do Jowisza w 2016 roku bez użycia RTG napędzanego energią jądrową, ale do tego celu będzie musiał użyć 3 ogromnych paneli słonecznych o wymiarach 2,7 x 8,9 metra.
Problem polega na tym, że produkcja plutonu w USA ustała w 1988 r. Wraz z końcem zimnej wojny. Ile zapasów Plutonium-238 NASA i DOE zostało zgromadzonych, ale spekuluje się, że ma co najwyżej wystarczającą ilość na jeszcze jedną dużą misję klasy Flag Ship i być może małą misję klasy Scout. Ponadto po wyprodukowaniu plutonu-239 klasy broni nie ma potrzeby ponownego przetwarzania pożądanego izotopu Pu-238. Pluton, który obecnie napędza Ciekawość na powierzchni Marsa, został zakupiony od Rosjan, a źródło to zakończyło się w 2010 roku. New Horizons jest wyposażony w zapasowy MMRTG, który został zbudowany dla Cassini, który został wydany w 1999 roku.
Jako dodatkowy bonus, misje zasilane plutonem często przekraczają oczekiwania. Na przykład statek kosmiczny Voyager 1 i 2 miał pierwotny czas trwania misji wynoszący pięć lat i teraz oczekuje się, że będzie kontynuował swoją piątą dekadę operacji. Mars Curiosity nie cierpi z powodu „zakurzonych paneli słonecznych”, które nękały Ducha i Okazję i mogą działać przez długą marsjańską zimę. Nawiasem mówiąc, podczas gdy łaziki Ducha i Okazji nie były napędzane energią jądrową, to one zrobił stosuj małe granulki tlenku plutonu w swoich stawach, aby utrzymać ciepło, a także radioaktywny kur, aby zapewnić źródła neutronów w swoich spektrometrach. Jest nawet całkiem możliwe, że jakakolwiek obca inteligencja natknie się na pięć statków kosmicznych uciekających z naszego Układu Słonecznego (Pioneer 10 i 11, Voyagers 1 i 2 oraz Nowe Horyzonty) może przypuszczalnie datować ich odlot z Ziemi poprzez pomiar rozpadu ich źródła zasilania plutonu. (Okres półtrwania Pu-238 wynosi 87,7 lat i ostatecznie rozpada się po przejściu przez długą serię izotopów pochodnych do ołowiu-206).
Obecny przebieg produkcji Pu-238 zostanie przeprowadzony w Oak Ridge National Laboratory (ORNL) z wykorzystaniem reaktora izotopowego o wysokim strumieniu (HFIR). „Stary” Pu-238 można również ożywić, dodając do niego nowo wyprodukowany Pu-238.
„Na każdy 1 kilogram naprawdę ożywiamy dwa kilogramy starszego plutonu, mieszając go… kluczową częścią naszego procesu jest możliwość wykorzystania naszego obecnego zapasu przy pożądanej przez nas gęstości energii”, powiedział Green podczas ostatniego planowania eksploracji Marsa komisja.
Mimo to pełna docelowa produkcja w wysokości 1,5 kg rocznie może być czasem wolnym. Dla kontekstu łazik Mars Curiosity wykorzystuje 4,8 kg Pu-238, a New Horizons zawiera 11 kg. Żadne misje na zewnętrzne planety nie opuściły Ziemi od czasu uruchomienia Curiosity w listopadzie 2011 r., A kolejną misją, w której można będzie oglądać RTG, jest proponowany łazik Mars 2020. Pomysły na desce kreślarskiej, takie jak lądownik na jeziorze Titan i misja Jowisza Lodowe Księżyce, byłyby napędzane energią jądrową.
Wraz z nową produkcją plutonu, NASA planuje mieć dwa nowe RTG nazwane Advanced Generatorami Radioizotopowymi Stirlinga (ASRG) do 2016 roku. Chociaż bardziej wydajny, ASRG może nie zawsze być wybranym urządzeniem. Na przykład Curiosity wykorzystuje ciepło odpadowe MMRTG, aby utrzymać ciepło instrumentów w obiegu Freonu. Ciekawość musiała również odprowadzać ciepło odpadowe wytwarzane przez generator o mocy 110 watów, podczas gdy jego skorupa powietrzna znajdowała się na Marsie.
Oczywiście istnieją dodatkowe środki ostrożności związane z uruchomieniem ładunku nuklearnego. Prezydent Stanów Zjednoczonych musiał się podpisać z uruchomieniem Curiosity z Florida Space Coast. Uruchomienie Cassini, Nowe Horyzonty i Ciekawość przyciągnęły protestujących, podobnie jak wszystko, co związane jest z energią jądrową. Nieważne, że elektrownie węglowe wytwarzają codziennie radioaktywny polon, radon i tor jako niepożądany produkt uboczny.
Wspomniane premiery nie są pozbawione zagrożeń, choć wiążą się z ryzykiem, które można ograniczyć i nim zarządzać. Jedna z najbardziej znanych wypadków nuklearnych związanych z przestrzenią kosmiczną miała miejsce na początku amerykańskiego programu kosmicznego z utratą wyposażonego w RTG satelity Transit-5BN-3 u wybrzeży Madagaskaru wkrótce po wystrzeleniu w 1964 roku. A kiedy Apollo 13 musiał przerwać i powrót na Ziemię, astronauci zostali skierowani do porzucenia Wodnik Moduł lądowania wraz z eksperymentami naukowymi napędzanymi energią jądrową, przeznaczony do powierzchni Księżyca na Oceanie Spokojnym w pobliżu wyspy Fidżi. (Nie mówią ci że w filmie) Można się zastanawiać, czy opłacalne byłoby „wskrzeszenie” tego RTG z dna oceanu na potrzeby przyszłej misji kosmicznej. Na poprzednich premierach wyposażonych w broń nuklearną, takich jak New Horizons, NASA umieściła szansę na „wypadek startowy, który mógłby uwolnić pluton” w stosunku 350 do 1 w stosunku do Nawet wtedy, ekranowany RTG jest „przeprojektowany”, aby przetrwać eksplozję i uderzenie z wodą.
Ale ryzyko jest warte zyskania w związku z odkryciami nowego układu słonecznego. W nowej, odważnej przyszłości eksploracji kosmosu wznowienie produkcji plutonu w celach pokojowych daje nam nadzieję. Parafrazując Carl Sagan, podróże kosmiczne są jednym z najlepszych zastosowań rozszczepienia jądrowego, jakie możemy sobie wyobrazić!
