Laboratorul de Știință Mars, lansat în urmă cu trei zile în dimineața zilei de sâmbătă, 26 noiembrie, este în prezent în drum spre Planeta Roșie - o călătorie care va dura aproape nouă luni. Când va ajunge în prima săptămână a lunii august 2012, MSL va începe să cerceteze solul și atmosfera din Craterul Gale, căutând cele mai slabe indicii ale vieții trecute. Și spre deosebire de rovers-urile anterioare care au rulat cu energie solară, MSL va fi alimentată cu energie nucleară, generându-și energia prin descompunerea a aproape 8 kilograme de plutoniu-238. Acest lucru poate menține roverul de generație viitoare funcționând ani de zile ... dar ce va alimenta misiunile de explorare viitoare acum, când NASA ar putea să nu mai poată finanța producția de plutoniu?
Pu-238 este un izotop non-armat al elementului radioactiv, utilizat de NASA de peste 50 de ani pentru a alimenta navele spațiale de explorare. Voyagers, Galileo, Cassini ... toate aveau generatoare termoelectrice radioizotopice (RTG) care generau energie prin Pu-238. Dar substanța nu a mai fost în producție în SUA de la sfârșitul anilor 1980; tot Pu-238 a fost produs de atunci în Rusia. Dar acum au mai rămas suficient pentru una sau două misiuni în plus, iar planul bugetar pentru 2012 nu acordă finanțare pentru Departamentul de Energie pentru a continua producția.
De unde va veni combustibilul viitor? Cum va forța NASA următoarea linie de exploratori robotici? (Și de ce nu sunt mai mulți oameni preocupați de acest lucru?)
Astronomul amator, profesorul și bloggerul David Dickinson a intrat în detalii despre această conundru într-un articol informativ scris la începutul acestui an. Iată câteva extrase din postarea sa:
________________
Când părăsim planeta noastră corectă, masa este totul. Spațiul fiind un loc dur, trebuie să aduci aproape tot ce ai nevoie, inclusiv combustibil, cu tine. Și da, mai mult combustibil înseamnă mai multă masă, înseamnă mai mult combustibil, înseamnă ... bine, ai ideea. O modalitate este să folosești energia solară disponibilă pentru generarea de energie, dar aceasta funcționează numai bine în sistemul solar interior. Aruncați o privire la panourile solare ale navei spațiale Juno, destinate lui Jupiter luna viitoare ... lucrurile trebuie să fieimens pentru a profita de puterea relativ slabă de putere de care dispune ... aceasta se datorează legii pătrate inverse care reglementează toate lucrurile electromagnetice, inclusiv lumina.
Să opereze în împrejurimile dinadâncimespațiu, ai nevoie de o sursă de alimentare de încredere. Pentru a compune probleme, orice operații potențiale de suprafață pe Lună sau Marte trebuie să fie capabile să utilizeze energie pentru perioade lungi de funcționare fără soare; un avanpost lunar s-ar confrunta cu nopți care au aproximativ două săptămâni de pe Pământ, de exemplu. În acest scop, NASA a folosit în mod istoric generatoarele termice Radioisotope (RTG) ca „centrală electrică” pentru misiunile spațiale pe termen lung. Acestea oferă o sursă ușoară de combustibil pe termen lung, care generează de la 20-300 de wați de energie electrică. Majoritatea sunt de dimensiunea unei persoane mici, iar primele prototipuri au zburat pe nava spațială Transit-4A și 5BN1 / 2 la începutul anilor 60. Pionierul, Voyager, Noile Orizonturi, nave spațiale Galileo și Cassini toate sport Pu238 RTG-uri alimentate Nava spațială Viking 1 și 2 aveau și RTG-uri, la fel ca și experimentele pe termen lung ale Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) pe care astronauții Apollo au plasat-o pe Lună. În 2003, a fost propusă o misiune ambițioasă de returnare a mostrei pe planeta Pluton, care ar fi folosit un mic motor nuclear.
Video: cum este într-adevăr plutoniu?
David continuă să menționeze pericolele incontestabile ale plutoniei ...
Plutoniu esteneplăcut chestie. Este un puternic alfa-emițător și un metal extrem de toxic. Dacă este inhalat, expune țesutul pulmonar la o doză de radiație locală foarte mare, cu riscul de cancer. Dacă este ingerat, unele forme de plutoniu se acumulează în oasele noastre, unde poate deteriora mecanismul de formare a sângelui organismului și poate face ravagii cu ADN-ul. NASA a atins istoric o șansă a eșecului de lansare a navei spațiale „New Horizons” la 350-la-1 împotriva, care chiar atunci nu va rupe în mod necesar RTG și nu va elibera în mediu 11 kilograme de dioxid de plutoniu. Prelevarea de probe efectuată în jurul locului de odihnă al Pacificului de Sud al menționatului Apollo 13 LM, reintrarea în stadiul de urcare a modulului lunar, de exemplu, sugerează că reintrarea RTG NU a rupt recipientul, deoarece nu a fost găsită niciodată contaminarea cu plutoniu .
Cu toate acestea, pericolele energiei nucleare eclipsează adesea siguranța relativă și beneficiile inconfundabile:
Evenimentele de lebede negre, cum ar fi Insula Three Mile, Cernobâl și Fukushima au servit pentru demonizarea tuturor lucrurilor nucleare, la fel ca punctul de vedere că 19leacetățenii secolului aveau energie electrică. Nu vă amintiți că instalațiile pe cărbune pun de multe ori echivalentul contaminării radioactive în atmosferă sub formă de plumb210, poloniu214, gaz de toriu și radon,in fiecare zi. Detectoarele de siguranță la centralele nucleare sunt adesea declanșate în timpul inversărilor de temperatură din cauza emisiilor din instalațiile de cărbune din apropiere ... radiațiile făceau parte din mediul nostru, chiar înainte de Războiul Rece și este aici pentru a rămâne. Pentru a-l cita pe Carl Sagan, „Călătoria în spațiu este una dintre cele mai bune utilizări ale armelor nucleare la care pot să mă gândesc…”
Totuși, iată-ne, cu un final clar în ceea ce privește furnizarea de „arme” nucleare necesare pentru a alimenta călătoriile în spațiu ...
În prezent, NASA se confruntă cu o dilemă care va pune un amortizor sever în explorarea sistemului solar exterior în următorul deceniu. Așa cum am menționat, rezervele actuale de plutoniu sunt aproximativ suficiente pentru curiozitatea laboratorului științific Mars, care va conține 4,8 kilograme de dioxid de plutoniu și o ultimă misiune a sistemului solar exterior și, probabil, mică. MSL utilizează un MMRTG de nouă generație („MM” înseamnă Multi-Mission) proiectat de Boeing, care va produce 125 de wați pe o perioadă de până la 14 ani. Dar producția de noul plutoniu ar fi dificilă. Reînceperea liniei de aprovizionare cu plutoniu ar fi un proces îndelungat și ar putea dura un deceniu. Există într-adevăr și alte alternative nucleare, dar nu fără penalități în ceea ce privește activitatea termică scăzută, volatilitatea, cheltuiala în producție sau timpul de înjumătățire scurtă.
Implicațiile acestui factor pot fi sumbre atât pentru deplasarea spațială cu echipaj, cât și fără echipaj către sistemul solar exterior. Juxtapus împotriva a ceea ce propune recentul sondaj Decadal din 2011 pentru explorarea planetară, vom avea norocul să vedem multe dintre cele ambițioase „Battlestar Galactica”- Misiunile exterioare ale sistemului solar exterioare sunt realizate.
Landers, denivelări și submersibile de pe Europa, Titan și Enceladus vor funcționa bine în afara domeniului Soarelui și vor avea nevoie de centralele nucleare menționate pentru a finaliza treaba ... contrastează cu sonda Huygens a Agenției Spațiale Europene, care a aterizat pe Titan după ce a fost eliberat din nava spațială Cassini a NASA, în 2004, care a funcționat timp de ore reduse cu o putere a bateriei, înainte de a ceda la -179,5 C ° temps, care reprezintă o zi drăguță și balsamă pe luna Saturniană.
Deci, ce trebuie să facem o civilizație care depinde de spațiu? Cu siguranță, opțiunea de „a nu merge în spațiu” nu este cea pe care o dorim pe masă, iar urzeala sau Faster-Than-Light conduce o lașă în fiecare clipă de ficțiune științifică nu sunt nicăieri în viitorul imediat. În opinia mea extrem de apreciată, NASA are următoarele opțiuni:
Exploatați alte surse RTG la pedeapsă. Așa cum am menționat anterior, alte surse nucleare sub formă de izotopi Plutoniu, Thorium și Curium există și ar putea fi încorporate în RTG-uri; toate, însă, au probleme. Unii au timp de înjumătățire nefavorabil; alții eliberează prea puțină energie sau raze gamma penetrante periculoase. Plutoniu238 are o putere mare de energie pe parcursul unei durate de viață apreciabile, iar emisiile sale de particule alfa pot fi ușor conținute.
Proiectarea de noi tehnologii inovatoare.Tehnologia cu celule solare a parcurs un drum lung în ultimii ani, ceea ce face posibil ca explorarea pe orbita Jupiter să poată face suficientă zonă de colectare. NoroculSpirit șiOportunitate Rover-urile Marte (care conțineau izotopi Curium în spectrometrele lor!) Au reușit să depășească datele de garanție respective folosind celule solare, iar nava spațială Dawn a NASA orbitează în prezent pe asteroidul Vesta, o tehnologie inovatoare de propulsie ionică.
Împingeți pentru a reporni producția de plutoniu. Din nou, nu este chiar atât de probabil sau chiar fezabil ca acest lucru să se realizeze în mediul de asteptare financiară de după Războiul Rece astăzi. Alte țări, cum ar fi India și China, caută să se „îndrepte nucleare” pentru a-și rupe dependența de petrol, dar ar trebui să dureze ceva timp pentru ca orice plutoniu să se ajungă la atingere. De asemenea, reactoarele de putere nu sunt producători buni de Pu238. Producția dedicată de Pu238 necesită reactoare cu flux ridicat de neutroni sau reactoare specializate „rapide” special concepute pentru producția de izotopi transranianici ...
Pe baza realităților producției de materiale nucleare, nivelurile de finanțare pentru Pu238 repornirea producției este înfricoșător de mică. NASA trebuie să se bazeze pe DOE pentru infrastructura și cunoștințele necesare, iar soluțiile pentru problemă trebuie să se potrivească realităților din ambele agenții.
Și aceasta este realitatea sumbră a unei noi și curajoase lumi fără plutoniu care se confruntă cu NASA; poate că soluția va veni ca o combinație a unora sau a tuturor celor de mai sus. Următorul deceniu va fi plin de crize și oportunități ... plutoniu ne oferă un fel de negociere prometeană cu utilizarea sa; fie putem construi arme și ne putem omorî cu ea, fie putem moșteni stelele.
Mulțumesc lui David Dickinson pentru utilizarea excelentului său articol; asigurați-vă că citiți versiunea completă pe site-ul său Astro Guyz aici (și urmați-l pe David pe Twitter @astroguyz.) De asemenea, consultați acest articol de Emily Lakdawalla, de la The Planetary Society, despre modul în care a fost realizată unitatea RTG pentru Curiosity.
„Există unii oameni care se simt în mod legitim că acest lucru nu este pur și simplu o prioritate, că nu sunt suficienți bani și nu este problema lor. Dar cred că dacă încercați să pășiți înapoi și să priviți pădurea și nu doar copacii individuali, acesta este unul dintre lucrurile care ne-a ajutat să ne determinăm să devenim o centrală tehnologică. Ceea ce am făcut cu explorarea spațială robotizată este ceva la care oamenii nu doar din SUA, ci în întreaga lume, pot să privească. "
- Ralph McNutt, om de știință planetar al Laboratorului de Fizică Aplicată al Universității Johns Hopkins (APL)
(Credit de imagine de sus © 2011 Theodore Gray periodictable.com; folosit cu permisiune.)
