Mars Science Laboratory, ktoré bolo spustené pred tromi dňami ráno v sobotu 26. novembra, je v súčasnosti na ceste k Červenej planéte - cesta, ktorá bude trvať takmer deväť mesiacov. Keď príde prvý týždeň v auguste 2012, MSL začne skúmať pôdu a atmosféru v kráteru Gale a bude hľadať najmenšie náznaky minulého života. A na rozdiel od predchádzajúcich roverov, ktoré bežali na slnečnej energii, bude MSL poháňaný jadrovou energiou a bude vyrábať svoju energiu rozkladom takmer 8 libier plutónia-238. Tým sa potenciálne zachová leter budúcej generácie počas rokov… čo však podporí budúce prieskumné misie, keď NASA už nebude schopná financovať výrobu plutónia?
Pu-238 je izotop rádioaktívneho prvku, ktorý nemá zbrane, používaný NASA viac ako 50 rokov na podporu kozmickej lode na prieskum vesmíru. Voyagers, Galileo, Cassini ... všetci mali termoelektrické generátory rádioizotopu (RTG), ktoré vyrábali energiu prostredníctvom Pu-238. Táto látka sa však v USA nevyrábala od konca 80. rokov; všetko pu-238 sa odvtedy vyrábalo v Rusku. Teraz však zostáva len dosť na jednu alebo dve ďalšie misie a rozpočtový plán na rok 2012 zatiaľ neposkytuje finančné prostriedky ministerstvu energetiky na pokračovanie vo výrobe.
Odkiaľ pochádza budúce palivo? Ako bude NASA poháňať svoju ďalšiu zostavu robotických prieskumníkov? (A prečo sa toho viac nezaujíma?)
Amatérsky astronóm, učiteľ a bloger David Dickinson sa podrobne venoval tomuto hlavolamu v informačnom článku napísanom začiatkom tohto roka. Tu je niekoľko ukážok z jeho príspevku:
________________
Keď opúšťame našu spravodlivú planétu, hmotnosť je všetko. Priestor je drsným miestom a so sebou musíte priniesť takmer všetko, čo potrebujete, vrátane paliva. A áno, viac paliva znamená viac hmoty, znamená viac paliva, znamená ... no, získate predstavu. Jedným zo spôsobov, ako to obísť, je využitie dostupnej slnečnej energie na výrobu energie, ale vo vnútornej slnečnej sústave to funguje dobre. Pozrite sa na solárne panely kozmickej lode Juno určenej pre Jupiter budúci mesiac ... tieto veci musia byťobrovský aby sme využili relatívne slabý solárny príkon, ktorý má k dispozícii ... je to všetko kvôli nášmu kamarátovi inverzný štvorcový zákon, ktorý upravuje všetky veci elektromagnetického vrátane svetla.
Pôsobiť v okolíhlbokýpriestor, potrebujete spoľahlivý zdroj energie. Aby sa zhoršili problémy, akékoľvek budúce povrchové operácie na Mesiaci alebo na Marse musia byť schopné využívať energiu na dlhé obdobia prevádzky bez slnka; lunárna základňa by napríklad čelila noci, ktoré sú napríklad asi dva týždne Zeme. NASA na tento účel historicky používala termické generátory rádioizotopu (RTG) ako elektrickú „elektráreň“ pre dlhodobé vesmírne misie. Poskytujú ľahký, dlhodobý zdroj paliva, ktorý vyrába z 20 - 300 W elektrickej energie. Väčšina z nich sa týka veľkosti malej osoby a prvé prototypy lietali na kozmickej lodi Transit-4A a 5BN1 / 2 začiatkom 60. rokov. Kozmická loď Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo a Cassini všetky športové pu238 poháňané RTG. Kozmická loď Viking 1 a 2 mala aj RTG, rovnako ako dlhodobé experimenty s povrchovým experimentom s Apollom (ALSEP), ktoré astronauti Apolla umiestnili na Mesiac. V roku 2003 bola dokonca navrhnutá ambiciózna vzorová návratová misia na planétu Pluto, ktorá by využívala malý jadrový motor.
Video: Čo sa naozaj páči plutóniu?
David ďalej spomína nepopierateľné nebezpečenstvo plutónia ...
Plutónium jeprotivný veci. Je to silný alfa žiarič a vysoko toxický kov. Pri vdýchnutí vystavuje pľúcne tkanivo veľmi vysokej lokálnej dávke žiarenia s prítomným rizikom rakoviny. V prípade požitia sa niektoré formy plutónia akumulujú v našich kostiach, kde môžu poškodiť krvotvorný mechanizmus tela a zničiť DNA. NASA historicky zaviedla šancu na zlyhanie vypustenia kozmickej lode New Horizons pri 350 ku 1, čo by ani potom nemuselo nevyhnutne prasknúť RTG a uvoľniť obsiahnutých 11 kilogramov oxidu plutónia do životného prostredia. Odber vzoriek vykonávaný okolo miesta pokoja v južnom Tichomorí vyššie uvedeného opätovného vstupu Apolla 13 LM do stúpajúcej fázy lunárneho modulu napríklad naznačuje, že opakované testovanie RTG NEROZPUSTilo nádobu, pretože nikdy nebola zistená kontaminácia plutóniom. ,
Nebezpečenstvo jadrovej energie však často zatieni jeho relatívnu bezpečnosť a nezameniteľný prínos:
Udalosti čiernej labute, ako napríklad Ostrov troch míľ, Černobyľ a Fukušima, slúžili na démonizáciu všetkých jadrových vecí, podobne ako názor, že 19thobčania storočia mali elektrinu. Nezáleží na tom, že uhoľné rastliny dávajú mnohokrát ekvivalent rádioaktívnej kontaminácie do atmosféry vo forme olova210, polnium214, tóriové a radónové plyny,každý deň, Bezpečnostné detektory v jadrových elektrárňach sa často spúšťajú počas teplotných inverzií v dôsledku emisií z uhoľných elektrární v okolí ... žiarenie bolo súčasťou nášho životného prostredia ešte pred studenou vojnou a je tu, aby zostalo. Aby som citoval Carla Sagana, „Vesmírne cestovanie je jedným z najlepších spôsobov využitia jadrových zbraní, na ktoré môžem myslieť ...“
Napriek tomu sme tu, s definitívnym cieľom, v dohľade nad dodávkou jadrových „zbraní“ potrebných na pohon vesmíru…
NASA v súčasnosti čelí dileme, ktorá v najbližšej dekáde prinesie silnú klapku na skúmanie vonkajšej slnečnej sústavy. Ako už bolo spomenuté, súčasné zásoby plutónia sú dosť blízko na to, aby zvedavosť laboratória Mars Science Laboratory zvedavosť obsahovala 4,8 kilogramu oxidu plutónia a jednu poslednú veľkú a možno jednu malú misiu vonkajšej slnečnej sústavy. Spoločnosť MSL využíva novú generáciu MMRTG („MM“ znamená Multi-Mission) navrhnutú spoločnosťou Boeing, ktorá bude produkovať 125 wattov až 14 rokov. Výroba nového plutónia by však bola ťažká. Opätovné spustenie dodávateľskej linky plutónia by bolo zdĺhavým procesom a mohlo by trvať asi desať rokov. Existujú aj iné alternatívy založené na jadrovej energii, ale nie bez pokuty ani pri nízkej tepelnej aktivite, volatilite, nákladoch na výrobu alebo pri krátkom polčase.
Dôsledky tohto faktora môžu byť ponuré pre cestovanie vesmíru s posádkou, ako aj bez posádky, do vonkajšej slnečnej sústavy. Keď sme sa postavili proti tomu, čo navrhuje nedávny Dekadálny prieskum pre planetárny prieskum z roku 2011, budeme mať šťastie, keď uvidíme veľa z týchto ambicióznych “Battlestar Galactica”- Štýly misií vonkajšej slnečnej sústavy.
Pozemky, kalamáre a ponorky na portáloch Europa, Titan a Enceladus budú dobre fungovať mimo sféry Slnka a budú potrebovať uvedené jadrové elektrárne, aby túto prácu dokončili ... v kontraste s Huygensovou sondou Európskej vesmírnej agentúry, ktorá pristála na Titane po tom, čo bola prepustený z kozmickej lode Cassini od NASA v roku 2004, ktorá pracovala pre slabé hodiny na batériu, než podľahla tempom -179,5 ° C, ktoré predstavujú pekný balzamový deň na saturnskom mesiaci.
Čo teda musí urobiť civilizácia zameraná na vesmír? Voľba „nevstupovať do vesmíru“ určite nie je taká, akú chceme na stole, a osnovy alebo rýchlejší ako svetelné pohony, ktorých každý zlý pohyb sci-fi nie je v najbližšej budúcnosti nikde. Podľa môjho názoru má NASA nasledujúce možnosti:
Využívať ďalšie zdroje RTG na trest, Ako už bolo uvedené, existujú iné jadrové zdroje vo forme izotopov plutónia, tória a kuria, ktoré by sa mohli prípadne začleniť do RTG; všetky však majú problémy. Niektoré majú nepriaznivý polčas; iné uvoľňujú príliš málo energie alebo nebezpečné penetračné lúče gama. plutónium238 má vysoký energetický výkon počas značnej životnosti a emisie alfa častíc sa dajú ľahko zachytiť.
Navrhujte inovatívne nové technológie.Technológia solárnych článkov prešla v posledných rokoch dlhou cestou, takže možno výskum na obežnej dráhe Jupitera je schopný dosiahnuť dostatok priestoru na zhromažďovanie. Pluckyduch apríležitosť Mars rovery (ktoré vo svojich spektrometroch obsahovali izotopy Curium!) Prekonali príslušné termíny záruky pomocou solárnych článkov a kozmická loď Dawn NASA v súčasnosti obieha okolo asteroidu Vesta sports inovatívnou technológiou iónového pohonu.
Stlačením spustíte výrobu plutónia znova. Opäť to nie je také pravdepodobné alebo možné, že sa to stane v dnešnom finančne obmedzenom prostredí po skončení studenej vojny. Iné krajiny, ako napríklad India a Čína, sa usilujú „ísť jadrovo“, aby prerušili svoju závislosť od ropy, ale nejakému triklionovému plutóniu by trvalo nejaký čas, kým sa dostane na štartovaciu plochu. Výkonové reaktory tiež nie sú dobrými výrobcami Pu238, Špecializovaná výroba Pu238 vyžaduje buď reaktory s vysokým tokom neutrónov alebo špecializované „rýchle“ reaktory osobitne navrhnuté na výrobu izotopov transuránu…
Na základe skutočností výroby jadrových materiálov úroveň financovania Pu238 reštart výroby je strašne malý. NASA sa musí spoliehať na DOE, pokiaľ ide o potrebnú infraštruktúru a vedomosti a riešenia problému musia zodpovedať realite oboch agentúr.
A to je hrozná realita odvážneho nového sveta bez plutónia, ktorý stojí pred NASA; možno riešenie príde ako kombinácia niektorých alebo všetkých vyššie uvedených. Budúce desaťročie bude plné krízy a príležitostí ... plutónium nám dáva istý druh prometejskej dohody o jeho použití; môžeme buď stavať zbrane a zabíjať sa s nimi, alebo môžeme zdediť hviezdy.
Ďakujem Davidovi Dickinsonovi za použitie jeho vynikajúceho článku; nezabudnite si prečítať plnú verziu svojho webu Astro Guyz tu (a sledovať Davida na Twitteri @astroguyz.) Prečítajte si tiež tento článok Emily Lakdawallovej z The Planetetary Society o tom, ako bola vyrobená jednotka RTG pre zvedavosť.
„Niektorí ľudia sa oprávnene cítia, že to jednoducho nie je priorita, že nie je dosť peňazí a nie je to ich problém. Myslím si však, že ak sa pokúsite ustúpiť a pozerať sa na les a nie iba na jednotlivé stromy, je to jedna z vecí, ktorá nás viedla k tomu, aby sme sa stali technologickou elektrárňou. Robotickým prieskumom vesmíru sme urobili niečo, čo ľudia nielen v USA, ale po celom svete môžu vyhľadať. “
- Ralph McNutt, planetárny vedec v Applied Physics Laboratory University (APL) Johns Hopkins University
(Kredit na začiatok obrázka © 2011 Theodore Gray periodictable.com; používa sa so súhlasom.)
