A NASA plutónium-hiányának vége láthatatlan lehet. Március 18-án, hétfőnth, A NASA bolygótudományi részlegének vezetője, Jim Green bejelentette, hogy az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma (DOE) által a Plutónium-238 (Pu-238) előállítása jelenleg a teljes fázisú termelés újraindításához vezető teszt szakaszban van.
"A naptári év végére az Energetikai Minisztérium teljes tervét készítik arról, hogyan tudják kielégíteni az évi 1,5–2 kilogrammos követelményeinket.“ - mondta a 44-es Greenth Hold- és bolygótudományi konferencia a múlt hétfőn, Texasban, Woodlands-ben.
Ez a hír nem hamarosan megérkezik. Korábban már írtunk a közelgő Plutónium-hiányról és annak következményeiről a jövőbeli mély űrkutatásokra. A napenergia a legtöbb esetben megfelelő, ha felfedezi a belső naprendszert, de amikor kilépsz az aszteroida övön túl, nukleáris energiára van szükséged ahhoz, hogy ezt elvégezzék.
A Pu-238 izotóp előállítása a hidegháború szerencsés következménye volt. Elsőként a Glen Seaborg által 1940-ben előállított plutónium (-239) fegyverminőségű izotópját a neptunium (amely maga az urán-238 bomlásterméke) neutronokkal történő bombázása útján állítják elő. Használjuk ugyanazt a Neptunium-237 célizotópot egy gyorsreaktorban, ennek eredménye a Pu-238. A Pu-238 a pusztulási hőt 280x-szorosan termeli, 560 watt / kg-nál, szemben a Pu-239-es fegyverrel, és ideális kompakt energiaforrás a mély űrkutatáshoz.
1961 óta több mint 26 amerikai űrhajót indítottak el, amely energiaforrásként hordozta a Missziós Rádióizotóp Hőelektromos Generátorokat (MMRTG, vagy korábban egyszerűen csak RTG-k), és minden bolygót feltártak a Merkúr kivételével. Az RTG-ket az Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) tudományos hasznos terhelései hagyták el, amelyeket a holdon űrhajósok hagytak, és a Cassini, a Mars Curiosity és az New Horizons 2015 júliusában útközben Plútó felfedezésére is nukleáris energiájúak.
A plutónium-meghajtású RTG-k a következők: csak a jelenleg alkalmazott technológia, amely mély űrkutatást végezhet. A NASA Juno űrhajója elsőként jut el Jupiterhez 2016-ban nukleáris meghajtású RTG használata nélkül, de ehhez 3 hatalmas 2,7 x 8,9 méteres napelemet kell alkalmaznia.
A probléma az, hogy a plutónium-termelés az Egyesült Államokban a hidegháború végén 1988-ban leállt. A mekkora mennyiségű Plutónium-238 NASA és a DOE készlete volt besorolva, de feltételezték, hogy legfeljebb elég egy újabb nagy zászlóhajó-misszióhoz és talán egy kis cserkészosztályi küldetéshez. Ráadásul, amint a fegyverminőségű plutónium-239 előállítása megtörténik, a Pu-238 kívánt izotópot nem szabad újrafeldolgozni. Az a plutónium, amely jelenleg a Mars kívánja a Curiosity-t, az oroszoktól vásárolta meg, és ez a forrás 2010-ben véget ért. Az New Horizons egy tartalék MMRTG-vel van felszerelve, amelyet a Cassini számára építettek, és amelyet 1999-ben indítottak.
További bónuszként a plutóniummal működtetett küldetések gyakran meghaladják a várakozásokat is. Például a Voyager 1 és 2 űrhajó eredeti küldetésének időtartama öt év volt, és most várhatóan jó folytatódik az ötödik működési évtizedükben. A Mars Curiosity nem szenved a „poros napelemek” kérdéseitől, amelyek Szellemet és Lehetőséget sújtanak, és a hosszú marsi télen képesek működni. Mellesleg, míg a Spirit és Opportunity rover nem nukleáris energiával működött, ők tett az ízületükben apró plutónium-oxid-pelleteket alkalmaznak, hogy melegen maradjanak, valamint radioaktív kuridot, hogy a neutronforrásokat biztosítsák spektrométerükben. Valószínűleg valószínű, hogy minden idegen intelligencia megbotlik az öt űrhajóval, amely elmenekül a naprendszerünkből (Pioneer 10 és 11, Voyagers 1 és 2, valamint New Horizons) elképzelhetően a Földről való távozását idézheti elő plutónium áramforrásuk romlásának mérésével. (A Pu-238 felezési ideje 87,7 év, és végül bomlik, miután egy hosszú sorozatú lánya izotópokat átvezettek ólom-206-ra).
A Pu-238 jelenlegi gyártási szakaszát az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban (ORNL) hajtják végre a nagy fluxusú izotópreaktor (HFIR) felhasználásával. A „régi” Pu-238 újjáéleszthető úgy is, hogy az újonnan gyártott Pu-238-at hozzáteszi.
„Minden 1 kilogrammonként tényleg két kilogramm régi plutóniumot újítunk fel oly módon, hogy összekeverjük. Ez egy kritikus része annak, hogy meglévő ellátásunkat ki tudjuk használni a kívánt energiasűrűséggel” - jelentette ki Green a közelmúltban felfedezett Mars kutatási tervében. bizottság.
Ennek ellenére az évente 1,5 kilogramm teljes céltermelés némi idő eltelt lehet. Összefüggésben a Mars rover Curiosity 4,8 kilogramm Pu-238-at, míg a New Horizons 11 kilogrammot használ fel. A Curiosity 2011. novemberi indulása óta semmiféle küldetés nem hagyta el a Földet. A valószínűleg egy RTG-t váró következő küldetés a javasolt Mars 2020 rover. A rajztáblán szereplő ötletek, mint például a Titan-tó partja és a Jupiter Icy Moons misszió, mind nukleáris energiával járnának.
Az új plutónium-előállítás mellett a NASA azt tervezi, hogy 2016-ig elérhető lesz két új, Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG) elnevezésű RTG. Bár hatékonyabb, az ASRG valószínűleg nem mindig legyen a választott eszköz. Például a Curiosity az MMRTG hulladékhőjét használja arra, hogy a műszereket melegen tartsa a Freon keringésen keresztül. A kíváncsiságnak meg kellett szellőztetnie a 110 wattos generátor által termelt hulladékhőt is, miközben az aero burkolatában hűtötték a Marsot.
És természetesen vannak további óvintézkedések, amelyek a nukleáris hasznos teher elindításával járnak. Az Egyesült Államok elnökének be kellett jelentkeznie a Curiosity indulásakor a floridai űrpartról. A Cassini, az New Horizons és a Curiosity indítása mind a tüntetők szétszóródását idézte elő, akárcsak bármi, ami nukleáris jellegű. Ne törődjön azzal, hogy a széntüzelésű erőművek naponta nemkívánatos melléktermékként termelnek radioaktív polóniumot, radont és toriumot.
Az említett indítás nem jelent veszélyt, bár enyhíthető és kezelhető kockázatokkal jár. Az egyik leghírhedtebb, az űrrel összefüggő nukleáris baleset az Egyesült Államok űrprogramjának elején történt, amikor egy RTG-vel felszerelt Transit-5BN-3 műholdat elvesztették Madagaszkár partjainál, nem sokkal 1964-es indulás után. És amikor az Apollo 13-nak meg kellett abortálnia és visszatérve a Földre, az űrhajósokat arra irányították, hogy ározzák a Vízöntő A leszállási modul a nukleáris energiájú tudományos kísérleteivel együtt a Hold felszínére irányult, a Csendes-óceánon, a Fidzsi-szigetek közelében. (Nem mondják el neked hogy a filmben) Felmerül a kérdés, vajon költséghatékony lenne ezt az RTG-t az óceán fenekéből „feltámadni” egy jövőbeli űri misszió céljából. A korábbi nukleáris berendezéssel bevezetett, például a New Horizons indításakor a NASA 350: 1-es helyzetben esett egy „indítási balesetre, amely felszabadíthatja a plutóniumot”. Még akkor is, az árnyékolt RTG „túltervezett”, hogy túlélje a robbanást és az ütést. a vízzel.
De a kockázatok megérdemlik a nyerést az új Naprendszer felfedezések szempontjából. Az űrkutatás bátor új jövőjében a plutónium-termelés békés célokra történő újraindítása reményt ad nekünk. Carl Sagan átfogalmazva: az űrutazás az atommaghasadás egyik legjobb felhasználási lehetősége, amelyre gondolhatunk!
