Mars Science Laboratory, ki so ga pred tremi dnevi začeli zjutraj v soboto, 26. novembra, je trenutno na poti na Rdeči planet - pot, ki bo trajala skoraj devet mesecev. Ko bo prišel prvi teden avgusta 2012, bo MSL začel preiskovati tla in ozračje v Gale Craterju ter iskal najlepše namige preteklega življenja. In za razliko od prejšnjih roverjev, ki so poganjali sončno energijo, bo MSL jedrsko napajal, svojo energijo pa bo proizvedel s propadanjem skoraj 8 kilogramov plutonija-238. To bo potencialno vodilo letalo naslednje generacije v pogon leta, toda kaj bo spodbudilo prihodnje raziskovalne misije zdaj, ko NASA morda ne bo več mogla financirati proizvodnje plutonija?
Pu-238 je izotop radioaktivnega elementa brez orožja, ki ga NASA uporablja že več kot 50 let za gorivo za raziskovanje vesoljskih plovil. Voyagers, Galileo, Cassini… vsi so imeli radioizotopne termoelektrične generatorje (RTG), ki so ustvarjali moč prek Pu-238. Toda snov v ZDA ni bila v proizvodnji od konca osemdesetih let prejšnjega stoletja; vsi Pu-238 se od takrat proizvajajo v Rusiji. Toda zdaj je na voljo le še ena ali dve misiji, proračunski načrt za leto 2012 pa ministrstvu za energijo še ne zagotavlja sredstev za nadaljevanje proizvodnje.
Od kod bo prihodnje gorivo? Kako bo NASA napajala svojo naslednjo vrsto robotskih raziskovalcev? (In zakaj tega ne skrbi več ljudi?)
Amaterski astronom, učitelj in bloger David Dickinson je podrobno razpravljal o tej zmedi v informativnem članku, napisanem v začetku letošnjega leta. Tu je nekaj odlomkov iz njegove objave:
________________
Pri odhodu z našega poštenega planeta je masa vse. Ker je prostor oster, morate s seboj prinesti skoraj vse, kar potrebujete, vključno z gorivom. In ja, več goriva pomeni večjo maso, več goriva, pomeni… no, razumeš. Eden od načinov tega je uporaba razpoložljive sončne energije za proizvodnjo energije, vendar to deluje dobro le v notranjem osončju. Oglejte si sončne panele na vesoljskem plovilu Juno, ki bo naslednji mesec prišel na Jupiter ... te stvari morajo bitiogromno da bi izkoristili razmeroma šibko sončno moč, ki ji je na voljo ... vse to je zaradi našega prijatelja zakon obratnega kvadrata, ki ureja vse elektromagnetne in vključene svetlobe.
Delovati v okoljuglobokoprostora, potrebujete zanesljiv vir napajanja. Za težave se lahko pri morebitnih površinskih operacijah na Luni ali Marsu porabi energija za dolga obdobja obratovanja brez sonca; na primer lunarna postojanka bi se spopadla, na primer, s približno dvema zemeljskima tednoma. V ta namen je NASA zgodovinsko uporabljala radioizotopne toplotne generatorje (RTG) kot električno "elektrarno" za dolgoročne vesoljske misije. Ti zagotavljajo lahek, dolgoročen vir goriva, ki ustvarja iz 20-300 vatov električne energije. Večina je približno velikosti majhne osebe, prvi prototipi pa so v zgodnjih 60-ih letali na vesoljskem plovilu Transit-4A in 5BN1 / 2. Vesoljska plovila Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo in Cassini vse Pu238 RTG-ji na napajanje. Vesoljsko plovilo Viking 1 in 2 je imelo tudi RTG-je, prav tako dolgoletni poskusi Apollo Lunar Surface Experiment Package (ALSEP), ki so jih astronavti Apoloni postavili na Luno. Leta 2003 je bila celo predlagana ambiciozna misija za vračanje na planet Pluton, ki bi uporabila majhen jedrski motor.
Video: kaj je v resnici všeč plutonij?
David še naprej omenja nesporne nevarnosti plutonija ...
Pluton jegrdo stvari. Je močan alfa-oddajalec in zelo strupena kovina. Če ga vdihnemo, izpostavlja pljučno tkivo zelo visokim lokalnim odmerkom sevanja s tveganjem za nastanek raka. Če ga zaužijemo, se v naših kosteh naberejo nekatere oblike plutonija, ki lahko poškodujejo mehanizem za tvorbo krvi in uničijo uničenje z DNK. Nasa je v zgodovini povečala možnost izstrelitve vesoljskega plovila New Horizons s 350 proti 1, kar tudi takrat ne bi nujno uničilo RTG in izpustilo vsebovanih 11 kilogramov plutonijevega dioksida v okolje. Vzorčenje, ki je bilo opravljeno okoli počivališča južnoacifiškega morja prej omenjenega ponovnega vstopa vzpona v lunarni modul Apollo 13 LM, nakazuje, da ponovno vstopi v RTG ni pokvarilo zabojnika, saj kontaminacije plutonija še niso našli. .
Kljub temu nevarnosti jedrske energije pogosto zasenčijo njeno relativno varnost in nedvomno korist:
Dogodki črnega laboda, kot so otok Tri milje, Černobil in Fukušima, so bili namenjeni demonizaciji vseh stvari, ki so jedrske, podobno kot mnenje, da 19thstoletja državljani imeli elektriko. Ni važno, da elektrarne na premog v ozračje večkrat predstavljajo enakovredno radioaktivno onesnaženje210, polonij214, torij in radonski plini,vsak dan. Varnostni detektorji v jedrskih elektrarnah se pogosto sprožijo med temperaturnimi inverzijami zaradi bližnjih emisij premogovnika… sevanje je bilo del našega okolja še pred hladno vojno in je tu, da ostane. Citiram Carla Sagana: "Potovanja v vesolju so ena najboljših uporab jedrskega orožja, o čemer si lahko mislim ..."
Vendar smo tukaj, z dokončnim pogledom na dobavo jedrskega "orožja", potrebnega za napajanje vesoljskih potovanj ...
Trenutno se NASA sooča z dilemo, ki bo v prihodnjem desetletju močno razbremenila raziskovanje zunanjega osončja. Kot rečeno, sedanje rezerve plutonija znašajo približno dovolj za Mars Science Laboratory Curiosity, ki bo vseboval 4,8kilograma plutonijevega dioksida in še zadnjo veliko in morda eno majhno misijo zunanjega osončja. MSL uporablja novo generacijo MMRTG ("MM" pomeni za Multi-Mission), ki jo je zasnoval Boeing in bo proizvedel 125 vatov do 14 let. Toda proizvodnja novega plutonija bi bila težka. Ponovni zagon plutonijevega napajanja bi bil dolgotrajen proces in trajal morda desetletje. Druge alternative na jedrski osnovi resnično obstajajo, vendar ne brez kazni, bodisi zaradi nizke toplotne aktivnosti, hlapnosti, stroškov proizvodnje ali kratkega razpolovnega časa.
Posledice tega dejavnika so lahko tako za potovanje s posadko kot brez posadke v zunanji sončni sistem. Nasproti temu, kar predlaga nedavna Desetletna raziskava planetarnih raziskav iz leta 2011, bomo imeli veliko sreče, da bomo videli številne ambiciozne “Battlestar Galactica“- uresničile so se misije zunanjega sončnega sistema.
Zemljišča, podstavki in potopni motorji na Europa, Titanu in Enceladusu bodo dobro delovali zunaj Sončeve domene in bodo potrebovale omenjene jedrske elektrarne, da opravijo delo… v nasprotju s tem sonde Huygens Evropske vesoljske agencije, ki je pristala na Titanu, potem ko je izpuščeno z Nasinega vesoljskega plovila Cassini leta 2004, ki je nekaj ur obratovalo na baterije, preden je podleglo tempam -179,5 C °, ki predstavljajo lep blag dan na luči Saturnian.
Kaj je torej treba narediti civilizacijo? Zagotovo možnost »ne gre v vesolje« ni taka, kakršno si želimo na mizi, in warp ali Faster-Than-Light poganja vsakega slabega znanstvenofantastičnega utripa nikjer v bližnji prihodnosti. NASA ima v mojem mnenju zelo prepričan pogled na naslednje možnosti:
Izkoristite druge vire RTG na kazen. Kot smo že omenili, obstajajo drugi jedrski viri v obliki izotopov Pluton, Torij in Kurij, ki bi jih bilo mogoče vključiti v RTG; vsi pa imajo težave. Nekateri imajo neugoden razpolovni čas; drugi sproščajo premalo energije ali nevarnih prodornih gama žarkov. Pluton238 ima visoko energijo skozi celotno življenjsko dobo, zato se lahko emisije delcev alfa zlahka zadržijo.
Oblikujte nove inovativne tehnologije.Tehnologija sončnih celic je v zadnjih letih daleč, zato je morda mogoče raziskati do orbite Jupitra dovolj prostora za zbiranje. NagajivDuh inPriložnost Marsovi roverji (ki vsebujejo kurijeve izotope v svojih spektrometrih!) So s sončnimi celicami že prekoračili ustrezne datume garancij, Nasino vesoljsko plovilo Dawn pa je trenutno v orbiti z asteroidom Vesta, ki ima inovativno ionsko tehnologijo.
Potisnite za zagon proizvodnje plutonija. Ponovno to ni verjetno ali celo izvedljivo, da se bo to uresničilo v današnjem finančno omejenem okolju po hladni vojni. Druge države, na primer Indija in Kitajska, si prizadevajo, da bi "odšle v jedro", da bi odpravile svojo odvisnost od nafte, vendar bi potrebovali nekaj časa, da kateri koli plutonij, ki se razteza, doseže izstrelitveno ploščo. Tudi energetski reaktorji niso dobri proizvajalci Pu238. Namenska produkcija Pu238 zahteva bodisi reaktorje z visokim nevtronskim tokom ali specializirane "hitre" reaktorje, ki so posebej zasnovani za proizvodnjo čezmeranskih izotopov ...
Na podlagi realnosti proizvodnje jedrskih materialov so raven financiranja Pu238 ponovni zagon proizvodnje je zastrašujoče majhen. NASA se mora zanesti na DOE za potrebno infrastrukturo in znanje, rešitve problema pa morajo ustrezati realnostim obeh agencij.
In to je mračna resničnost pogumnega novega sveta brez plutonija, ki se sooča z NASA; morda bo rešitev prišla kot kombinacija nekaj ali vsega zgoraj navedenega. Naslednje desetletje bo preplavljeno s krizo in priložnostmi ... plutonij nam daje nekakšen prometelski dogovor s svojo uporabo; lahko bodisi sestavimo orožje in se z njim ubijemo, ali pa lahko podedujemo zvezde.
Hvala Davidu Dickinsonu za uporabo njegovega odličnega članka; ne pozabite prebrati celotno različico na njegovem spletnem mestu Astro Guyz tukaj (in sledite Davidu na Twitterju @astroguyz.) Oglejte si tudi ta članek Emily Lakdawalla iz Planetarne družbe o tem, kako je bila narejena RTG enota za radovednost.
"Nekateri ljudje legitimno menijo, da to preprosto ni prioriteta, da ni dovolj denarja in to ni njihov problem. Mislim pa, da če poskusite stopiti korak nazaj in pogledati gozd in ne samo posamezna drevesa, je to ena izmed stvari, ki so nam pomagale, da smo postali tehnološka elektrarna. To, kar smo storili z robotskim raziskovanjem vesolja, je tisto, kar si ljudje lahko ogledajo ne le v ZDA, ampak po vsem svetu. "
- Ralph McNutt, planetarni znanstvenik z laboratorija za uporabno fiziko univerze Johns Hopkins (APL)
(Zgornja slika na sliki © 2011 Theodore Grey periodictable.com; uporablja se z dovoljenjem.)
