Znanstveni laboratorij Mars, ki so ga izstrelili pred tremi dnevi v soboto, 26. novembra, je trenutno na poti na Rdeči planet – potovanje, ki bo trajalo skoraj devet mesecev. Ko bo prispel v prvem tednu avgusta 2012, bo MSL začel raziskovati tla in atmosfero v kraterju Gale ter poiskati najmanjše namige preteklega življenja. In za razliko od prejšnjih roverjev, ki so delovali na sončno energijo, bo MSL na jedrski pogon, ustvarja svojo energijo zaradi razpada skoraj 8 funtov plutonija-238. To bo potencialno omogočilo, da bo rover naslednje generacije deloval več let ... toda kaj bo zdaj spodbudilo prihodnje raziskovalne misije NASA morda ne bo več mogla financirati proizvodnja plutonija?
Pu-238 je izotop radioaktivnega elementa, ki ni primeren za orožje, ki ga NASA uporablja že več kot 50 let za gorivo za raziskovalna vesoljska plovila. Voyagerji, Galileo, Cassini… vsi so imeli radioizotopne termoelektrične generatorje (RTG), ki so proizvajali energijo preko Pu-238. Toda snov ni bila v proizvodnji v ZDA od poznih osemdesetih let; ves Pu-238 je bil od takrat proizveden v Rusiji. Zdaj pa je ostalo le še za eno ali dve misiji in proračunski načrt za leto 2012 še ne dodeli sredstev Ministrstvu za energetiko nadaljevati proizvodnjo.
Od kod bo prihajalo gorivo v prihodnosti? Kako bo NASA poganjala svojo naslednjo postavo robotskih raziskovalcev? (In zakaj to ne skrbi več ljudi?)
Ljubiteljski astronom, učitelj in bloger David Dickinson podrobneje o tej zagati govoril v informativnem Članek napisano v začetku tega leta. Tukaj je nekaj odlomkov iz njegove objave:
________________
Ko zapustite naš pošten planet, je masa vse. Ker je vesolje kruto, morate s seboj prinesti skoraj vse, kar potrebujete, vključno z gorivom. In ja, več goriva pomeni več mase, pomeni več goriva, pomeni ... no, razumete. Eden od načinov za to je uporaba razpoložljive sončne energije za proizvodnjo električne energije, vendar to dobro deluje samo v notranjem sončnem sistemu. Oglejte si sončne celice na vesoljskem plovilu Juno, ki bo prihodnji mesec namenjeno na Jupiter ... te stvari morajo bitiogromenda bi izkoristil razmeroma šibko sončno moč, ki mu je na voljo ... to je vse zaradi našega prijatelja zakona inverznega kvadrata, ki ureja vse elektromagnetne stvari, vključno s svetlobo.
Curiosity's MMRTG (približno 15 palcev visoko.) Zasluge: NASA / Frankie Martin
Za delovanje v okoliciglobokoprostor, potrebujete zanesljiv vir energije. Za poslabšanje težav mora biti vsaka predvidena površinska operacija na Luni ali Marsu sposobna izkoristiti energijo za daljša obdobja delovanja brez sonca; lunarna postojanka bi se na primer soočala z noči, ki so dolge približno dva zemeljska tedna. V ta namen je NASA zgodovinsko uporabljala Radioizotopni toplotni generatorji (RTG) kot električna 'elektrarna' za dolgoročne vesoljske misije. Ti zagotavljajo lahek, dolgotrajen vir goriva, ki proizvaja od 20 do 300 vatov električne energije. Večina je velikosti majhne osebe, prvi prototipi pa so leteli na vesoljskih plovilih Transit-4A & 5BN1/2 v zgodnjih 60. letih. Vesoljska plovila Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo in Cassini imajo vse športe Pu238RTG na pogon. Vesoljski plovili Viking 1 in 2 sta imeli tudi RTG, tako kot dolgoročni poskusi Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP), ki so jih Apollo astronavti postavili na Luno. Ambiciozen vzorčni donos poslanstvo na planet Pluton je bil celo predlagan leta 2003, ki bi uporabljal majhen jedrski motor.
Video: kakšen je v resnici plutonij?
Žareča torta iz plutonija. (oddelek za energetiko)
David nadalje omenja nesporne nevarnosti plutonija ...
Plutonij jegrdostvari. Je močan alfa sevalec in zelo strupena kovina. Pri vdihavanju izpostavi pljučno tkivo zelo visokemu lokalnemu odmerku sevanja s spremljajočim tveganjem za nastanek raka. Če ga zaužijemo, se nekatere oblike plutonija kopičijo v naših kosteh, kjer lahko poškoduje mehanizem za tvorbo krvi v telesu in uniči opustošenje z DNK. NASA je v preteklosti predvidevala možnost neuspeha pri izstrelitvi vesoljskega plovila New Horizons pri razmerju 350 proti 1, kar tudi takrat ne bi nujno počilo RTG in izpustilo vsebovanih 11 kilogramov plutonijevega dioksida v okolje. Vzorčenje, opravljeno okoli počivališča v južnem Pacifiku, na primer pri ponovnem vstopu Apolla 13 LM v stopnjo vzpona lunarnega modula, na primer, kaže, da ponovni vstop RTG NI počil posode, saj še nikoli ni bila ugotovljena kontaminacija s plutonijem. .
Vendar pa nevarnosti jedrske energije pogosto zasenčijo njeno relativno varnost in nedvomno korist:
The Črni labod dogodki, kot so Otok treh milj, Černobil in Fukušima, so služili demonizaciji vsega jedrskega izvora, podobno kot pogled, da 19.thstoletja imeli državljani elektriko. Ni važno, da elektrarne na premog vnesejo v ozračje mnogokrat več ekvivalenta radioaktivne kontaminacije v obliki svinca210, polonij214, torij in radon plini,vsak dan. Varnostni detektorji v jedrskih elektrarnah se pogosto sprožijo med temperaturnimi inverzijami zaradi izpustov bližnjih premogovnikov ... sevanje je bilo del našega okolja že pred hladno vojno in je tu, da ostane. Če citiram Carla Sagana, 'Potovanje v vesolje je ena najboljših uporab jedrskega orožja, ki si jih lahko zamislim ...'
Vendar pa smo tukaj, saj je na vidiku dokončen konec oskrbe z jedrskim 'orožjem', ki je potrebno za pogon vesoljskih potovanja ...
Trenutno se NASA sooča z dilemo, ki bo v prihodnjem desetletju močno ovirala raziskovanje zunanjega sončnega sistema. Kot že omenjeno, so trenutne zaloge plutonija približno dovolj za Znanstveni laboratorij Mars Curiosity, ki bo vseboval 4,8 kilograma plutonijevega dioksida in še zadnjo veliko in morda eno majhno misijo zunanjega sončnega sistema. MSL uporablja novo generacijo MMRTG ('MM' pomeni Multi-Mission), ki jo je zasnoval Boeing, ki bo proizvajal 125 vatov do 14 let. Toda proizvodnja novega plutonija bi bila težka. Ponovni zagon oskrbe s plutonijem bi bil dolgotrajen proces in bi trajal morda desetletje. Druge jedrske alternative res obstajajo, vendar ne brez kazni zaradi nizke toplotne aktivnosti, nestanovitnosti, stroškov proizvodnje ali kratke razpolovne dobe.
Posledice tega dejavnika so lahko mračne za vesoljska potovanja s posadko in brez posadke v zunanji sončni sistem. V nasprotju s tem, kar predlaga nedavna desetletna raziskava za raziskovanje planetov iz leta 2011, bomo imeli srečo, da bomo videli veliko teh ambicioznih 'Battlestar Galactica” – uresničujejo se misije zunanjega sončnega sistema v slogu.
pristajalne naprave, blimps in podmornice na Evropi, Titanu in Enceladu bodo vse dobro delovale izven Sončeve domene in bodo potrebovale omenjene jedrske elektrarne, da bodo opravile svoje delo ... v nasprotju s tem, kar je naredila Evropska vesoljska agencija Huygens sondo, ki je pristala na Titanu, potem ko je bila leta 2004 izpuščena iz Nasinega vesoljskega plovila Cassini, ki je delovala le redke ure na baterijo, preden je podlegla temperaturam -179,5 C°, ki predstavljajo prijeten miren dan na Saturnovi luni.
Kaj naj torej počne vesoljska civilizacija? Vsekakor možnost »ne gredo v vesolje« ni tista, ki si jo želimo na mizi, in warp ali hitrejši od svetlobe poganja, kot vsak slab znanstvenofantastični film, ni nikjer v bližnji prihodnosti. Po [mojem] zelo prepričanem mnenju ima NASA naslednje možnosti:
Izkoristite druge vire RTG na kazen. Kot smo že omenili, obstajajo tudi drugi jedrski viri v obliki izotopov plutonija, torija in kurija in bi jih bilo mogoče vključiti v RTG; vsi pa imajo težave. Nekateri imajo neugodne razpolovne dobe; drugi sproščajo premalo energije ali nevarne prodorne gama žarke. plutonij238ima visoko izhodno energijsko moč skozi celotno življenjsko dobo, njegove emisije alfa delcev pa je mogoče enostavno omejiti.
Oblikujte inovativne nove tehnologije.Tehnologija sončnih celic je v zadnjih letih napredovala daleč, zaradi česar je morda raziskovanje orbite Jupitra izvedljivo z dovolj območja zbiranja. PogumniDuhinPriložnostmarca roverji (ki je v svojih spektrometrih vseboval izotope kurija!) so s sončnimi celicami dosegli svoje garancijske datume, Nasino vesoljsko plovilo Dawn, ki trenutno kroži okoli asteroida Vesta, pa uporablja inovativno tehnologijo ionskega pogona.
Pritisni za ponovni zagon proizvodnje plutonija.Ponovno ni tako verjetno ali celo izvedljivo, da se bo to zgodilo v današnjem finančno stisnem okolju po hladni vojni. Druge države, kot sta Indija in Kitajska, si prizadevajo za 'jedrsko uporabo', da bi prekinile svojo odvisnost od nafte, vendar bi trajalo nekaj časa, da bi kakršen koli iztekli plutonij dosegel izstrelitev. Tudi energetski reaktorji niso dobri proizvajalci Pu238. Namenska proizvodnja Pu238zahteva bodisi reaktorje z visokim nevtronskim tokom ali specializirane 'hitre' reaktorje, posebej zasnovane za proizvodnjo trans-uranove izotope…
Na podlagi realnosti proizvodnje jedrskih materialov so ravni financiranja Pu238ponovni zagon proizvodnje so strašljivo majhni. NASA se mora zanašati na DOE za potrebno infrastrukturo in znanje, rešitve problema pa se morajo ujemati z realnostjo v obeh agencijah.
In to je mračna realnost pogumnega novega sveta brez plutonija, ki se sooča z NASA; morda bo rešitev prišla kot kombinacija nekaterih ali vsega naštetega. Naslednje desetletje bo polno krize in priložnosti... plutonij nam s svojo uporabo daje nekakšno prometejsko kupčijo; lahko izdelamo orožje in se z njim ubijemo ali pa podedujemo zvezde.
Diagram RTG. (Vir: Enciklopedija znanosti)
Hvala Davidu Dickinsonu za uporabo njegovega odličnega članka; obvezno preberite celotno različico na njegovem spletnem mestu Astro Guyz tukaj (in sledite Davidu na Twitterju @astroguyz .) Oglejte si tudi ta članek Emily Lakdawalla The Planetary Society o tem, kako je bila izdelana RTG enota za Curiosity.
»Nekateri ljudje upravičeno menijo, da to preprosto ni prioriteta, da ni dovolj denarja in da to ni njihov problem. Ampak mislim, da je to ena od stvari, ki nam je pomagala, da smo postali tehnološka elektrarna, če se poskusite umakniti in pogledati gozd in ne le posamezna drevesa. Kar smo naredili z robotskim raziskovanjem vesolja, se lahko zgledujejo ljudje ne samo v ZDA, ampak po vsem svetu.'
– Ralph McNutt, planetarni znanstvenik na Laboratoriju za uporabno fiziko (APL) univerze Johns Hopkins
( Najboljša slika zasluga © 2011 Theodore Grey periodictable.com ; uporablja z dovoljenjem.)
