Το Mars Science Laboratory, που ξεκίνησε πριν από τρεις ημέρες το πρωί του Σαββάτου, 26 Νοεμβρίου, βρίσκεται στο δρόμο προς τον Κόκκινο Πλανήτη - ένα ταξίδι που θα διαρκέσει σχεδόν εννέα μήνες. Όταν φτάσει την πρώτη εβδομάδα του Αυγούστου 2012, το MSL θα αρχίσει να ερευνά το έδαφος και την ατμόσφαιρα μέσα στον Gale Crater, αναζητώντας τις πιο αμυδρά συμβουλές της προηγούμενης ζωής. Και σε αντίθεση με τα προηγούμενα rover που έτρεχαν ηλιακή ενέργεια, η MSL θα είναι πυρηνική, παράγοντας την ενέργειά της μέσω της αποσύνθεσης σχεδόν 8 κιλών πλουτωνίου-238. Αυτό θα κρατήσει δυνητικά την επόμενη γενιά rover για χρόνια… αλλά τι θα τροφοδοτήσει τις 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 ραδιενεργού στοιχείου μη-όπλου, που χρησιμοποιείται από τη NASA για πάνω από 50 χρόνια για να τροφοδοτήσει το διαστημικό σκάφος εξερεύνησης. Voyagers, Galileo, Cassini… όλοι είχαν θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων (RTGs) που παρήγαγαν ισχύ μέσω του Pu-238. Αλλά η ουσία δεν έχει παραχθεί στις ΗΠΑ από τα τέλη της δεκαετίας του 1980. όλο το Pu-238 έχει παραχθεί από τότε στη Ρωσία. Αλλά τώρα απομένουν μόνο αρκετά για μία ή δύο ακόμη αποστολές και το σχέδιο προϋπολογισμού του 2012 δεν διαθέτει ακόμη χρηματοδότηση για το Υπουργείο Ενέργειας για να συνεχίσει την παραγωγή.
Από πού θα προέλθουν μελλοντικά καύσιμα; Πώς θα ενισχύσει η NASA την επόμενη σειρά ρομποτικών εξερευνητών της; (Και γιατί δεν ανησυχούν περισσότερα άτομα για αυτό;)
Ο ερασιτέχνης αστρονόμος, δάσκαλος και μπλόγκερ Ντέιβιντ Ντίκινσον αναφέρθηκε λεπτομερώς σε αυτό το αίνιγμα σε ένα ενημερωτικό άρθρο που γράφτηκε νωρίτερα φέτος. Ακολουθούν μερικά αποσπάσματα από την ανάρτησή του:
________________
Φεύγοντας από τον δίκαιο πλανήτη μας, η μάζα είναι το παν. Το διάστημα που είναι ένα σκληρό μέρος, πρέπει να έχετε μαζί σας σχεδόν όλα όσα χρειάζεστε, συμπεριλαμβανομένου του καυσίμου. Και ναι, περισσότερο καύσιμο σημαίνει περισσότερη μάζα, σημαίνει περισσότερα καύσιμα, σημαίνει… καλά, έχετε την ιδέα. Ένας τρόπος γύρω από αυτό είναι να χρησιμοποιήσετε τη διαθέσιμη ηλιακή ενέργεια για την παραγωγή ενέργειας, αλλά αυτό λειτουργεί μόνο καλά 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 είναιτεράστιος για να επωφεληθούμε από τη σχετικά αδύναμη ηλιακή ισχύ που έχει στη διάθεσή της… αυτό οφείλεται στον φίλο μας ο αντίστροφος τετραγωνικός νόμος που διέπει όλα τα πράγματα ηλεκτρομαγνητικά, περιλαμβανομένου του φωτός.
Για να λειτουργείτε στα περιβάλλοντα τουβαθύςχώρο, χρειάζεστε μια αξιόπιστη πηγή ενέργειας. Για να επιδεινώσει τα προβλήματα, τυχόν μελλοντικές επιφανειακές λειτουργίες στη Σελήνη ή τον Άρη πρέπει να είναι σε θέση να χρησιμοποιούν ενέργεια για μεγάλες περιόδους λειτουργίας χωρίς ηλιοφάνεια. ένα σεληνιακό φυλάκιο θα αντιμετώπιζε βραδιές που διαρκούν περίπου δύο εβδομάδες στη Γη, για παράδειγμα. Για το σκοπό αυτό, η NASA χρησιμοποίησε ιστορικά θερμικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων (RTGs) ως ηλεκτρικό «εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας» για μακροχρόνιες διαστημικές αποστολές. Αυτά παρέχουν μια ελαφριά, μακροπρόθεσμη πηγή καυσίμου, που παράγει 20-300 watt ηλεκτρικής ενέργειας. Τα περισσότερα αφορούν το μέγεθος ενός μικρού ατόμου και τα πρώτα πρωτότυπα πέταξαν στο διαστημικό σκάφος Transit-4A & 5BN1 / 2 στις αρχές της δεκαετίας του '60. Το διαστημικό σκάφος Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo και Cassini όλα τα αθλητικά Pu238 τροφοδοτούμενο RTG. Το διαστημικό σκάφος Viking 1 και 2 είχε επίσης RTG, όπως και τα μακροπρόθεσμα πειράματα Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) που τοποθέτησαν οι αστροναύτες του Απόλλωνα στη Σελήνη. Μια φιλόδοξη αποστολή επιστροφής δείγματος στον πλανήτη Πλούτωνας προτάθηκε ακόμη και το 2003 που θα χρησιμοποιούσε έναν μικρό πυρηνικό κινητήρα.
Βίντεο: Πώς είναι το πλουτώνιο;
Ο David συνεχίζει να αναφέρει τους αναμφισβήτητους κινδύνους του πλουτωνίου…
Το πλουτώνιο είναιδυσάρεστος υλικό. Είναι ένα ισχυρό άλφα-εκπομπό και ένα πολύ τοξικό μέταλλο. Σε περίπτωση εισπνοής, εκθέτει τον πνευμονικό ιστό σε πολύ υψηλή δόση τοπικής ακτινοβολίας με τον κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου. Σε περίπτωση κατάποσης, ορισμένες μορφές πλουτωνίου συσσωρεύονται στα οστά μας, όπου μπορεί να βλάψει τον μηχανισμό σχηματισμού αίματος του σώματος και να καταστρέψει το χάος με το DNA. Η NASA είχε ιστορικά αποτύχει μια πιθανότητα αποτυχίας εκτόξευσης του διαστημικού σκάφους New Horizons στα 350 προς 1, το οποίο ακόμη και τότε δεν θα έσπαζε απαραίτητα το RTG και θα απελευθέρωσε το περιλαμβανόμενο 11 κιλά διοξειδίου του πλουτωνίου στο περιβάλλον. Η δειγματοληψία που πραγματοποιήθηκε γύρω από το σημείο ανάπαυσης του Νότιου Ειρηνικού της προαναφερθείσας επίσκεψης Apollo 13 LM του σταδίου ανάβασης της Σεληνιακής Μονάδας, για παράδειγμα, υποδηλώνει ότι η επανεισαγωγή του RTG ΔΕΝ έσπασε το δοχείο, καθώς δεν βρέθηκε ποτέ μόλυνση από πλουτώνιο .
Ωστόσο, οι κίνδυνοι της πυρηνικής ενέργειας επισκιάζουν συχνά τη σχετική ασφάλεια και το αναμφισβήτητο όφελος:
Τα γεγονότα του μαύρου κύκνου όπως το νησί Three Mile, το Τσερνομπίλ και η Φουκουσίμα έχουν χρησιμεύσει για να δαιμονούν όλα τα πράγματα πυρηνικά, όπως και η άποψη ότι 19ουοι πολίτες του αιώνα είχαν ηλεκτρική ενέργεια. Μην πειράζετε ότι τα εργοστάσια με άνθρακα βάζουν πολλές φορές το ισοδύναμο της ραδιενεργού μόλυνσης στην ατμόσφαιρα με τη μορφή μολύβδου210, πολώνιο214, αέρια θόριο και ραδόνιο,κάθε μέρα. Οι ανιχνευτές ασφαλείας σε πυρηνικά εργοστάσια ενεργοποιούνται συχνά κατά τη διάρκεια αντιστροφών θερμοκρασίας λόγω των κοντινών εκπομπών άνθρακα… η ακτινοβολία ήταν μέρος του περιβάλλοντος μας ακόμη και πριν από τον Ψυχρό Πόλεμο και είναι εδώ για να μείνει. Για να παραθέσω τον Carl Sagan, «Το διαστημικό ταξίδι είναι μια από τις καλύτερες χρήσεις πυρηνικών όπλων που μπορώ να σκεφτώ…»
Ωστόσο, είμαστε εδώ, με ένα οριστικό τέλος στην προμήθεια πυρηνικών «όπλων» που απαιτούνται για την εξουσία των διαστημικών ταξιδιών…
Προς το παρόν, η NASA αντιμετωπίζει ένα δίλημμα που θα βάλει σοβαρό πρόβλημα στην εξερεύνηση του εξωτερικού ηλιακού συστήματος την επόμενη δεκαετία. Όπως αναφέρθηκε, τα τρέχοντα αποθέματα πλουτωνίου ανέρχονται αρκετά για το Curiosity του Science Science Laboratory, το οποίο θα περιέχει 4,8 χιλιογράμματα διοξειδίου του πλουτωνίου και μία τελευταία μεγάλη και ίσως μια μικρή αποστολή εξωτερικού ηλιακού συστήματος. Η MSL χρησιμοποιεί μια νέα γενιά MMRTG (το "MM" σημαίνει Multi-Mission) που σχεδιάστηκε από την Boeing και θα παράγει 125 watts για έως και 14 χρόνια. Αλλά η παραγωγή νέου πλουτωνίου θα ήταν δύσκολη. Η επανεκκίνηση της γραμμής εφοδιασμού με πλουτώνιο θα ήταν μια μακρά διαδικασία και θα χρειαζόταν ίσως μια δεκαετία. Άλλες πυρηνικές εναλλακτικές λύσεις υπάρχουν πράγματι, αλλά όχι χωρίς ποινή είτε σε χαμηλή θερμική δραστηριότητα, μεταβλητότητα, κόστος παραγωγής ή σε σύντομο χρόνο ημίσειας ζωής.
Οι επιπτώσεις αυτού του παράγοντα μπορεί να είναι απαίσια τόσο για επανδρωμένα όσο και για επανδρωμένα διαστημικά ταξίδια στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Αντίθετα με αυτό που προτείνει η πρόσφατη έρευνα Decadal για την Πλανητική Εξερεύνηση του 2011, θα είμαστε τυχεροί που βλέπουμε πολλά από αυτά τα φιλόδοξα «Battlestar GalacticaΟι αποστολές εξωτερικού ηλιακού συστήματος στιλ ολοκληρώνονται.
Οι εκφορτωτές, τα ασταθή και τα υποβρύχια στα Europa, Titan και Enceladus θα λειτουργήσουν καλά εκτός του πεδίου της Sun και θα χρειαστούν τους εν λόγω πυρηνικούς σταθμούς για να ολοκληρώσουν τη δουλειά τους… σε αντίθεση με τον ανιχνευτή Huygens της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, ο οποίος προσγειώθηκε στον Τιτάνα κυκλοφόρησε από το διαστημικό σκάφος Cassini της NASA το 2004, το οποίο λειτούργησε για λίγες ώρες με ισχύ μπαταρίας πριν υποκύψει σε θερμοκρασίες -179,5 C ° που αντιπροσωπεύουν μια ωραία ηλιόλουστη μέρα στο φεγγάρι του Κρόνου.
Λοιπόν, τι να κάνει ένας διαστημικός πολιτισμός; Σίγουρα, η επιλογή «δεν πηγαίνω στο διάστημα» δεν είναι αυτή που θέλουμε στο τραπέζι, και η στρέβλωση ή το Faster-Than-Light οδηγεί ένα λαμπρό κτύπημα κάθε κακής επιστημονικής φαντασίας πουθενά στο άμεσο μέλλον. Κατά την άποψή μου, η NASA έχει τις ακόλουθες επιλογές:
Εκμεταλλευτείτε άλλες πηγές RTG με ποινή. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, υπάρχουν και άλλες πυρηνικές πηγές με τη μορφή ισοτόπων Πλουτωνίου, Θορίου και Κιουρίου και θα μπορούσαν να ενσωματωθούν σε RTG. όλα, ωστόσο, έχουν προβλήματα. Μερικοί έχουν δυσμενείς ημιζωές. Άλλοι απελευθερώνουν πολύ λίγη ενέργεια ή επικίνδυνες διεισδυτικές ακτίνες γάμμα. Πλουτώνιο238 έχει υψηλή ενεργειακή απόδοση σε μια αξιοσημείωτη διάρκεια ζωής και οι εκπομπές σωματιδίων άλφα μπορούν να περιοριστούν εύκολα.
Σχεδιάστε καινοτόμες νέες τεχνολογίες.Η τεχνολογία των ηλιακών κυψελών έχει προχωρήσει αρκετά τα τελευταία χρόνια, κάνοντας ίσως την εξερεύνηση στην τροχιά του Δία να είναι ικανή με αρκετή περιοχή συλλογής. Το άδηλοΠνεύμα καιΕυκαιρία Τα Mars rover (τα οποία περιείχαν ισότοπα Curium στα φασματόμετρα τους!) Τα κατάφεραν να ξεπεράσουν τις αντίστοιχες ημερομηνίες εγγύησης χρησιμοποιώντας ηλιακά κύτταρα και το διαστημικό σκάφος της DASA της NASA 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 εφικτό ότι αυτό θα συμβεί στο σημερινό οικονομικά δεμένο περιβάλλον μετά τον Ψυχρό Πόλεμο. Άλλες χώρες, όπως η Ινδία και η Κίνα αναζητούν «πυρηνική ενέργεια» για να σπάσουν την εξάρτησή τους από το πετρέλαιο, αλλά θα χρειαστεί λίγος χρόνος για να φτάσει το πλουτώνιο που πέφτει κάτω. Επίσης, οι αντιδραστήρες ισχύος δεν είναι καλοί παραγωγοί Pu238. Η ειδική παραγωγή Pu238 απαιτεί είτε αντιδραστήρες υψηλής ροής νετρονίων είτε εξειδικευμένους «γρήγορους» αντιδραστήρες ειδικά σχεδιασμένους για την παραγωγή ισοτόπων trans-ουρανίου…
Με βάση την πραγματικότητα της παραγωγής πυρηνικών υλικών, τα επίπεδα χρηματοδότησης για το Pu238 Η επανεκκίνηση της παραγωγής είναι τρομακτικά μικρή. Η NASA πρέπει να βασίζεται στο DOE για την απαραίτητη υποδομή και γνώση και οι λύσεις στο πρόβλημα πρέπει να ταιριάζουν στην πραγματικότητα και στις δύο υπηρεσίες.
Και αυτή είναι η ζοφερή πραγματικότητα ενός γενναίου νέου κόσμου χωρίς πλουτώνιο που αντιμετωπίζει τη 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 προνομιακής συμφωνίας με τη χρήση του. μπορούμε είτε να φτιάξουμε όπλα και να αυτοκτονήσουμε μαζί του, είτε μπορούμε να κληρονομήσουμε τα αστέρια.
Ευχαριστώ τον David Dickinson για τη χρήση του εξαιρετικού του άρθρου. μην ξεχάσετε να διαβάσετε την πλήρη έκδοση στον ιστότοπο του Astro Guyz εδώ (και ακολουθήστε τον David στο Twitter @astroguyz.) Δείτε επίσης αυτό το άρθρο της Emily Lakdawalla της The Planetary Society σχετικά με τον τρόπο δημιουργίας της μονάδας RTG για το Curiosity.
«Υπάρχουν μερικοί άνθρωποι που νομίζουν ότι αυτό δεν είναι απλά προτεραιότητα, ότι δεν υπάρχουν αρκετά χρήματα και δεν είναι το πρόβλημά τους. Αλλά νομίζω ότι αν προσπαθήσετε να κάνετε πίσω και να κοιτάξετε το δάσος και όχι μόνο τα μεμονωμένα δέντρα, αυτό είναι ένα από τα πράγματα που μας βοήθησαν να γίνουμε τεχνολογικοί σταθμοί. Αυτό που κάναμε με τη ρομποτική εξερεύνηση του διαστήματος είναι κάτι που οι άνθρωποι όχι μόνο στις ΗΠΑ, αλλά σε όλο τον κόσμο, μπορούν να κοιτάξουν. "
- Ralph McNutt, πλανητικός επιστήμονας στο Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Johns Hopkins (APL)
(Κορυφαία πίστωση εικόνας © 2011 Theodore Gray periodictable.com · χρησιμοποιείται με άδεια.)
