Το Mars Science Laboratory, που εκτοξεύτηκε πριν από τρεις ημέρες το πρωί του Σαββάτου, 26 Νοεμβρίου, βρίσκεται επί του παρόντος στο δρόμο του προς τον Κόκκινο Πλανήτη – ένα ταξίδι που θα διαρκέσει σχεδόν εννέα μήνες. Όταν φτάσει την πρώτη εβδομάδα του Αυγούστου 2012, η MSL θα αρχίσει να ερευνά το έδαφος και την ατμόσφαιρα μέσα στον κρατήρα Gale, αναζητώντας τις πιο αμυδρές νύξεις της προηγούμενης ζωής. Και σε αντίθεση με τα προηγούμενα ρόβερ που λειτουργούσαν με ηλιακή ενέργεια, το MSL θα είναι πυρηνικής ενέργειας, παράγει την ενέργειά του μέσω της αποσύνθεσης σχεδόν 8 κιλών πλουτωνίου-238. Αυτό δυνητικά θα κρατήσει το rover επόμενης γενιάς σε λειτουργία για χρόνια… αλλά τι θα τροφοδοτήσει μελλοντικές αποστολές εξερεύνησης τώρα που Η NASA ενδέχεται να μην είναι πλέον σε θέση να χρηματοδοτήσει την παραγωγή πλουτωνίου;
Το Pu-238 είναι ένα ισότοπο του ραδιενεργού στοιχείου χωρίς όπλα, που χρησιμοποιείται από τη NASA για περισσότερα από 50 χρόνια για να τροφοδοτεί τα διαστημικά σκάφη εξερεύνησης. Το Voyagers, το Galileo, το Cassini… όλα είχαν θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων (RTG) που παρήγαγαν ενέργεια μέσω του Pu-238. Αλλά η ουσία δεν παράγεται στις ΗΠΑ από τα τέλη της δεκαετίας του 1980. όλο το Pu-238 έχει παραχθεί από τότε στη Ρωσία. Αλλά τώρα απομένουν μόνο αρκετές για μία ή δύο ακόμη αποστολές και το σχέδιο προϋπολογισμού του 2012 δεν διαθέτει ακόμη χρηματοδότηση ώστε το Υπουργείο Ενέργειας να συνεχίσει την παραγωγή.
Από πού θα προέρχονται τα μελλοντικά καύσιμα; Πώς θα τροφοδοτήσει η NASA την επόμενη σειρά ρομποτικών εξερευνητών της; (Και γιατί δεν ανησυχούν περισσότεροι άνθρωποι για αυτό;)
Ερασιτέχνης αστρονόμος, δάσκαλος και blogger Ντέιβιντ Ντίκινσον πήγε σε λεπτομέρειες σχετικά με αυτό το αίνιγμα σε μια κατατοπιστική άρθρο γράφτηκε νωρίτερα φέτος. Δείτε μερικά αποσπάσματα από την ανάρτησή του:
________________
Όταν φεύγουμε από τον δίκαιο πλανήτη μας, η μάζα είναι το παν. Δεδομένου ότι το διάστημα είναι ένα σκληρό μέρος, πρέπει να έχετε μαζί σας σχεδόν όλα όσα χρειάζεστε, συμπεριλαμβανομένων των καυσίμων. Και ναι, περισσότερα καύσιμα σημαίνει περισσότερη μάζα, σημαίνει περισσότερα καύσιμα, σημαίνει… καλά, καταλαβαίνετε. Ένας τρόπος να αντιμετωπιστεί αυτό είναι η χρήση της διαθέσιμης ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή ενέργειας, αλλά αυτό λειτουργεί καλά μόνο στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα. Ρίξτε μια ματιά στα ηλιακά πάνελ του διαστημικού σκάφους Juno με προορισμό τον Δία τον επόμενο μήνα… αυτά τα πράγματα πρέπει να γίνουντεράστιοςπροκειμένου να επωφεληθεί από τη σχετικά αδύναμη ηλιακή ισχύ που διαθέτει… αυτό οφείλεται στον φίλο μας τον αντίστροφο τετραγωνικό νόμο που διέπει όλα τα ηλεκτρομαγνητικά πράγματα, συμπεριλαμβανομένου του φωτός.
Curiosity's MMRTG (περίπου 15 ίντσες ύψος.) Πίστωση: NASA / Frankie Martin
Να δραστηριοποιούνται στα περίχωρα τουβαθύςχώρο, χρειάζεστε μια αξιόπιστη πηγή ενέργειας. Για να σύνθετα προβλήματα, οποιεσδήποτε πιθανές επιφανειακές λειτουργίες στη Σελήνη ή τον Άρη πρέπει να μπορούν να χρησιμοποιούν ενέργεια για μεγάλες περιόδους λειτουργίας χωρίς ήλιο. ένα σεληνιακό φυλάκιο θα αντιμετώπιζε νύχτες που διαρκούν περίπου δύο γήινες εβδομάδες, για παράδειγμα. Για το σκοπό αυτό, η NASA έχει χρησιμοποιήσει ιστορικά Θερμικές Γεννήτριες Ραδιοϊσοτόπων (RTGs) ως ηλεκτρικό «σταθμό παραγωγής ενέργειας» για μακροπρόθεσμες διαστημικές αποστολές. Αυτά παρέχουν μια ελαφριά, μακροπρόθεσμη πηγή καυσίμου, που παράγει ηλεκτρική ενέργεια από 20-300 watt. Τα περισσότερα έχουν το μέγεθος ενός μικρού ανθρώπου και τα πρώτα πρωτότυπα πέταξαν με το διαστημόπλοιο Transit-4A & 5BN1/2 στις αρχές της δεκαετίας του '60. Τα διαστημόπλοια Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo και Cassini αθλούνται όλα Pu238τροφοδοτούμενα RTG. Τα διαστημόπλοια Viking 1 και 2 είχαν επίσης RTGs, όπως και τα μακροπρόθεσμα πειράματα Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) που οι αστροναύτες του Apollo τοποθέτησαν στη Σελήνη. Μια φιλόδοξη επιστροφή δείγματος αποστολή στον πλανήτη Πλούτωνα προτάθηκε ακόμη και το 2003 που θα χρησιμοποιούσε μια μικρή πυρηνική μηχανή.
Βίντεο: πώς είναι πραγματικά το πλουτώνιο;
Ένα λαμπερό κέικ από πλουτώνιο. (Τμήμα Ενέργειας)
Ο David συνεχίζει αναφέροντας τους αναμφισβήτητους κινδύνους του πλουτωνίου…
Το πλουτώνιο είναιδυσάρεστοςυλικό. Είναι ένας ισχυρός εκπομπός άλφα και ένα εξαιρετικά τοξικό μέταλλο. Σε περίπτωση εισπνοής, εκθέτει τον πνευμονικό ιστό σε πολύ υψηλή τοπική δόση ακτινοβολίας με κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου. Εάν καταποθούν, ορισμένες μορφές πλουτωνίου συσσωρεύονται στα οστά μας, όπου μπορεί να βλάψει τον μηχανισμό σχηματισμού αίματος του σώματος και να καταστρέψει τον όλεθρο με το DNA. Η NASA είχε ιστορικά δεσμεύσει την πιθανότητα αποτυχίας εκτόξευσης του διαστημικού σκάφους New Horizons σε 350-προς-1 έναντι, η οποία ακόμη και τότε δεν θα έσπασε απαραίτητα το RTG και θα απελευθερώσει τα περιεχόμενα 11 κιλά διοξειδίου του πλουτωνίου στο περιβάλλον. Η δειγματοληψία που διεξήχθη γύρω από τον τόπο ανάπαυσης του Νότιου Ειρηνικού της προαναφερθείσας επανεισόδου του Apollo 13 LM στο στάδιο ανάβασης της Σεληνιακής Μονάδας, για παράδειγμα, υποδηλώνει ότι η επανείσοδος του RTG ΔΕΝ έσπασε το δοχείο, καθώς δεν βρέθηκε ποτέ μόλυνση από πλουτώνιο .
Ωστόσο, οι κίνδυνοι της πυρηνικής ενέργειας συχνά επισκιάζουν τη σχετική ασφάλεια και το αναμφισβήτητο όφελος:
ο μαύρος κύκνος γεγονότα όπως το Three Mile Island, το Τσέρνομπιλ και η Φουκουσίμα έχουν χρησιμεύσει για να δαιμονοποιήσουν όλα τα πυρηνικά πράγματα, όπως η άποψη ότι 19ουαιώνα οι πολίτες είχαν ηλεκτρική ενέργεια. Μην πειράζετε ότι οι μονάδες με καύση άνθρακα εκθέτουν πολλαπλάσια ραδιενεργή μόλυνση στην ατμόσφαιρα με τη μορφή μολύβδου210, πολώνιο214αέρια θορίου και ραδονίου,κάθε μέρα. Οι ανιχνευτές ασφαλείας σε πυρηνικά εργοστάσια ενεργοποιούνται συχνά κατά τη διάρκεια αναστροφών θερμοκρασίας λόγω εκπομπών κοντινών εργοστασίων άνθρακα… η ακτινοβολία ήταν μέρος του περιβάλλοντός μας ακόμη και πριν από τον Ψυχρό Πόλεμο και ήρθε για να μείνει. Για να αναφέρω τον Carl Sagan, «Το ταξίδι στο διάστημα είναι μια από τις καλύτερες χρήσεις πυρηνικών όπλων που μπορώ να σκεφτώ…»
Ωστόσο, βρισκόμαστε εδώ, με ένα οριστικό τέλος στην προμήθεια των πυρηνικών «όπλων» που απαιτούνται για την τροφοδοσία των διαστημικών ταξιδιών…
Επί του παρόντος, η NASA αντιμετωπίζει ένα δίλημμα που θα θέσει σοβαρά εμπόδια στην εξερεύνηση του εξωτερικού ηλιακού συστήματος την επόμενη δεκαετία. Όπως αναφέρθηκε, τα τρέχοντα αποθέματα πλουτωνίου είναι περίπου αρκετά για το Mars Science Laboratory Το Curiosity, το οποίο θα περιέχει 4,8 κιλά διοξειδίου του πλουτωνίου και μια τελευταία μεγάλη και ίσως μια μικρή αποστολή στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Η MSL χρησιμοποιεί ένα MMRTG νέας γενιάς (το «MM» σημαίνει Multi-Mission) που σχεδιάστηκε από την Boeing και θα παράγει 125 Watt για έως και 14 χρόνια. Αλλά η παραγωγή νέου πλουτωνίου θα ήταν δύσκολη. Η επανεκκίνηση της γραμμής παροχής πλουτωνίου θα ήταν μια μακρά διαδικασία και θα διαρκέσει ίσως μια δεκαετία. Άλλες εναλλακτικές που βασίζονται στην πυρηνική ενέργεια υπάρχουν πράγματι, αλλά όχι χωρίς ποινή είτε σε χαμηλή θερμική δραστηριότητα, αστάθεια, έξοδα παραγωγής ή σύντομη ημιζωή.
Οι συνέπειες αυτού του παράγοντα μπορεί να είναι ζοφερές τόσο για το επανδρωμένο όσο και για το μη επανδρωμένο διαστημικό ταξίδι προς το εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Αντιπαρατιθέμενοι σε ό,τι προτείνει η πρόσφατη Decadal Survey for Planetary Exploration του 2011, θα είμαστε τυχεροί να δούμε πολλά από αυτά τα φιλόδοξα 'Battlestar Galactica” –οι αποστολές του εξωτερικού ηλιακού συστήματος πραγματοποιούνται.
Landers, φυσαλίδες και τα υποβρύχια στην Ευρώπη, τον Τιτάνα και τον Εγκέλαδο θα λειτουργούν καλά έξω από την περιοχή του Ήλιου και θα χρειαστούν τα εν λόγω πυρηνικά εργοστάσια για να ολοκληρώσουν τη δουλειά… σε αντίθεση με αυτό της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος Huygens probe, το οποίο προσγειώθηκε στον Τιτάνα μετά την απελευθέρωση από το διαστημόπλοιο Cassini της NASA το 2004, το οποίο λειτούργησε για λίγες ώρες με ισχύ μπαταρίας πριν υποκύψει στις θερμοκρασίες -179,5 C° που αντιπροσωπεύουν μια ωραία γαλήνια μέρα στο φεγγάρι του Κρόνου.
Λοιπόν, τι πρέπει να κάνει ένας διαστημικός πολιτισμός; Βεβαίως, η επιλογή «δεν πηγαίνω στο διάστημα» δεν είναι αυτή που θέλουμε στο τραπέζι, και το warp ή το Faster-Than-Light οδηγεί a la κάθε κακή ταινία επιστημονικής φαντασίας πουθενά στο άμεσο μέλλον. Κατά τη [μου] πολύ γνώμη, η NASA έχει τις ακόλουθες επιλογές:
Εκμεταλλευτείτε άλλες πηγές RTG με ποινή. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, άλλες πυρηνικές πηγές με τη μορφή ισοτόπων πλουτωνίου, θορίου και κουρίου υπάρχουν και θα μπορούσαν ενδεχομένως να ενσωματωθούν σε RTG. ολα ομως εχουν προβληματα. Μερικοί έχουν δυσμενείς ημιζωές. Άλλα απελευθερώνουν πολύ λίγη ενέργεια ή επικίνδυνες διεισδυτικές ακτίνες γάμμα. Πλουτώνιο238έχει υψηλή απόδοση ενέργειας καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του και οι εκπομπές σωματιδίων άλφα μπορούν εύκολα να περιοριστούν.
Σχεδιάστε καινοτόμες νέες τεχνολογίες.Η τεχνολογία ηλιακών κυψελών έχει προχωρήσει πολύ τα τελευταία χρόνια, κάνοντας ίσως την εξερεύνηση στην τροχιά του Δία να είναι εφικτή με αρκετή περιοχή συλλογής. Οι τυχεροίΠνεύμακαιΕυκαιρίαΜάρτιος ρόβερ (τα οποία περιείχαν ισότοπα κουρίου στα φασματόμετρά τους!) ξεπέρασαν τις αντίστοιχες ημερομηνίες εγγύησης χρησιμοποιώντας ηλιακά κύτταρα και το διαστημικό σκάφος Dawn της NASA που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον αστεροειδή Vesta διαθέτει μια καινοτόμο τεχνολογία κίνησης ιόντων.
Πιέστε για επανεκκίνηση της παραγωγής πλουτωνίου.Και πάλι, δεν είναι τόσο πιθανό ή ακόμη και εφικτό ότι αυτό θα συμβεί στο σημερινό οικονομικά στενό περιβάλλον μετά τον Ψυχρό Πόλεμο. Άλλες χώρες, όπως η Ινδία και η Κίνα, επιδιώκουν να «πυρηνώσουν» για να διακόψουν την εξάρτησή τους από το πετρέλαιο, αλλά θα χρειαζόταν λίγος χρόνος για να φτάσει στην εξέδρα εκτόξευσης οποιοδήποτε πλουτώνιο με σταγονίδια. Επίσης, οι αντιδραστήρες ισχύος δεν είναι καλοί παραγωγοί Pu238. Η αποκλειστική παραγωγή του Pu238απαιτεί είτε αντιδραστήρες υψηλής ροής νετρονίων είτε εξειδικευμένους «γρήγορους» αντιδραστήρες ειδικά σχεδιασμένους για την παραγωγή ισότοπων υπερουρανίου…
Με βάση την πραγματικότητα της παραγωγής πυρηνικών υλικών τα επίπεδα χρηματοδότησης για Pu238Η επανεκκίνηση της παραγωγής είναι τρομακτικά μικρή. Η NASA πρέπει να βασιστεί στο DOE για την υποδομή και τις απαραίτητες γνώσεις και οι λύσεις στο πρόβλημα πρέπει να ταιριάζουν με την πραγματικότητα και στους δύο οργανισμούς.
Και αυτή είναι η ζοφερή πραγματικότητα ενός γενναίου νέου κόσμου χωρίς πλουτώνιο που αντιμετωπίζει η NASA. ίσως η λύση να έρθει ως συνδυασμός μερικών ή όλων των παραπάνω. Η επόμενη δεκαετία θα είναι γεμάτη κρίση και ευκαιρίες… το πλουτώνιο μας δίνει ένα είδος προμηθεϊκής συμφωνίας με τη χρήση του. μπορούμε είτε να κατασκευάσουμε όπλα και να αυτοκτονήσουμε με αυτά, είτε μπορούμε να κληρονομήσουμε τα αστέρια.
Διάγραμμα ενός RTG. (Πηγή: The Encyclopedia of Science)
Ευχαριστώ τον David Dickinson για τη χρήση του εξαιρετικού άρθρου του. φροντίστε να διαβάσετε την πλήρη έκδοση στον ιστότοπο του Astro Guyz εδώ (και ακολουθήστε τον David στο Twitter @astroguyz .) Επίσης, ελέγξτε αυτό το άρθρο της Emily Lakdawalla του The Planetary Society για το πώς δημιουργήθηκε η μονάδα RTG για το Curiosity.
«Υπάρχουν μερικοί άνθρωποι που νομίμως αισθάνονται ότι αυτό απλά δεν αποτελεί προτεραιότητα, ότι δεν υπάρχουν αρκετά χρήματα και δεν είναι δικό τους πρόβλημα. Αλλά νομίζω ότι αν προσπαθήσετε να κάνετε ένα βήμα πίσω και να κοιτάξετε το δάσος και όχι μόνο τα μεμονωμένα δέντρα, αυτό είναι ένα από τα πράγματα που μας βοήθησαν να γίνουμε μια τεχνολογική δύναμη. Αυτό που κάναμε με τη ρομποτική εξερεύνηση του διαστήματος είναι κάτι που μπορούν να αναζητήσουν οι άνθρωποι όχι μόνο στις ΗΠΑ, αλλά σε όλο τον κόσμο».
– Ralph McNutt, πλανητικός επιστήμονας στο Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Johns Hopkins (APL)
( Κορυφαία πίστωση εικόνας © 2011 Theodore Gray periodictable.com ; χρησιμοποιείται με άδεια.)