Mars Science Laboratory, der blev lanceret for tre dage siden om morgenen lørdag den 26. november, er i øjeblikket på vej til den røde planet - en rejse, der vil tage næsten ni måneder. Når den ankommer den første uge i august 2012, vil MSL begynde at undersøge jorden og atmosfæren i Gale-krateret og søge efter de svageste antydninger fra tidligere liv. Og i modsætning til de tidligere rovere, der løb med solenergi, vil MSL være nukleare drevet og generere sin energi gennem forfaldet af næsten 8 pund plutonium-238. Dette vil potentielt holde den næste generation af rover kørt i årevis… men hvad brænder fremtidige efterforskningsopgaver nu, hvor NASA muligvis ikke længere er i stand til at finansiere produktionen af plutonium?
Pu-238 er en ikke-våbenkvalitet isotop af det radioaktive element, brugt af NASA i over 50 år til brændstof efterforskning af rumfartøjer. Voyagers, Galileo, Cassini ... havde alle radioisotop termoelektriske generatorer (RTG'er), der genererede strøm via Pu-238. Men stoffet har ikke været i produktion i USA siden slutningen af 1980'erne; alle Pu-238 er siden produceret i Rusland. Men nu er der kun nok tilbage til en eller to flere missioner, og budgetplanen for 2012 tildeles endnu ikke finansiering til Energiministeriet til at fortsætte produktionen.
Hvor kommer fremtidig brændstof fra? Hvordan vil NASA give sin næste række robotudforskere magt? (Og hvorfor er ikke flere mennesker bekymrede over dette?)
Amatørastronom, lærer og blogger David Dickinson gik i detaljer om dette conundrum i en informativ artikel skrevet tidligere på året. Her er nogle uddrag fra hans indlæg:
________________
Når vi forlader vores fair planet, er masse alt. Plads som et hårdt sted, skal du medbringe næsten alt hvad du har brug for, inklusive brændstof, med dig. Og ja, mere brændstof betyder mere masse, betyder mere brændstof, betyder ... ja, du får ideen. En måde at omgå dette er at bruge tilgængelig solenergi til kraftproduktion, men dette fungerer kun godt i det indre solsystem. Se på solcellepanelerne på Juno-rumfartøjet, der er på vej mod Jupiter næste måned ... de ting skal værekæmpe stor for at drage fordel af den relativt svage solenergi, der er til rådighed ... dette er alt sammen på grund af vores ven, den omvendte firkantede lov, der regulerer alle ting elektromagnetisk, inkluderet lys.
At operere i omegnen tildybplads, har du brug for en pålidelig strømkilde. For at sammensætte problemer skal enhver potentiel overfladeoperation på Månen eller Mars være i stand til at udnytte energi i lange perioder med solfri drift; en månens forpost vil f.eks. stå over for aftener, der er ca. to jordugger lange. Med henblik herpå har NASA historisk brugt Radioisotop Termiske Generatorer (RTG'er) som et elektrisk "kraftværk" til langvarige rumopgaver. Disse giver en let, langvarig kilde til brændstof, der genererer fra 20-300 watt elektricitet. De fleste handler om størrelsen på en lille person, og de første prototyper fløj på rumfartøjet Transit-4A & 5BN1 / 2 i de tidlige 60'ere. Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo og Cassini rumfartøjer alle sport Pu238 drevne RTG'er. Rumfartøjet Viking 1 og 2 havde også RTG'er, ligesom de langvarige Apollo Lunar Surface Experiment Package (ALSEP) eksperimenter, som Apollo astronauter placerede på Månen. En ambitiøs prøveudkastmission til planeten Pluto blev endda foreslået i 2003, der ville have brugt en lille atommotor.
Video: hvordan er plutonium virkelig?
David fortsætter med at nævne de ubestridelige farer ved plutonium ...
Plutonium ergrim ting og sager. Det er en stærk alfa-emitter og et meget giftigt metal. Hvis det indåndes, udsætter det lungevævet for en meget høj lokal stråledosis med den påståede risiko for kræft. Hvis indtaget, akkumuleres nogle former for plutonium i vores knogler, hvor det kan skade kroppens bloddannende mekanisme og ødelægge ødelæggelse med DNA. NASA havde historisk knyttet en chance for en lanceringssvigt af New Horizons-rumfartøjet ved 350 til 1 mod, hvilket selv da ikke nødvendigvis ville sprænge RTG og frigive de indeholdte 11 kg plutoniumdioxid i miljøet. Prøveudtagning udført i det sydlige Stillehavs hvilested for den førnævnte Apollo 13 LM genindtræden af opstigningstrinnet i Lunar Module, for eksempel antyder, at genindtagelsen af RTG IKKE sprængte containeren, da der aldrig før er fundet nogen plutoniumforurening .
Alligevel overskygger farerne ved kernekraft dens relative sikkerhed og umiskendelige fordel:
De sorte svanehændelser som Three Mile Island, Chernobyl og Fukushima har tjent til at demonisere alle ting, som er nukleare, ligesom opfattelsen af, at 19thårhundrede borgere havde elektricitet. Husk ikke, at kulfyrede anlæg sætter mange gange ækvivalent med radioaktiv forurening i atmosfæren i form af bly210polonium214, thorium og radon gasser,hver dag. Sikkerhedsdetektorer ved nukleare anlæg udløses ofte under temperaturinversioner på grund af emissioner i nærheden af kulfabrikker ... stråling var en del af vores miljø allerede før den kolde krig og er her for at blive. For at citere Carl Sagan, "Rumfart er en af de bedste anvendelser af atomvåben, som jeg kan tænke på ..."
Endnu her er vi, med en klar afslutning i syne forsyningen af nukleare "våben", der er nødvendige for at drive rumfart ...
I øjeblikket står NASA over for et dilemma, der vil lægge en alvorlig dæmper på efterforskning af det ydre solsystem i det kommende årti. Som nævnt er de nuværende plutoniumreserver næsten tilstrækkelige til Mars Science Laboratory Curiosity, som vil indeholde 4,8 kg plutoniumdioxid og en sidste store & og måske en lille ydre solsystemopgave. MSL anvender en ny generation MMRTG (“MM” står for Multi-Mission) designet af Boeing, der vil producere 125 watt i op til 14 år. Men produktionen af nyt plutonium ville være vanskeligt. Genstart af plutonium-forsyningslinjen ville være en lang proces og måske tage et årti. Andre nukleare baserede alternativer findes faktisk, men ikke uden straf hverken ved lav termisk aktivitet, volatilitet, udgift i produktionen eller kort halveringstid.
Konsekvenserne af denne faktor kan være dystre for både bemandet og ubemandet rumrejse til det ydre solsystem. I modsætning til hvad den nylige decadalundersøgelse for planetarisk efterforskning i 2011 foreslår, er vi heldige at se mange af disse ambitiøse ”Battlestar Galactica”–Stil ydre solsystemopgaver kommer til at ske.
Landere, blimps og submersibles på Europa, Titan og Enceladus vil alle fungere godt ud af Solens domæne og har brug for nævnte atomkraftværker for at få jobbet gjort ... kontrastér dette med Det Europæiske Rumagenturs Huygens-sonde, der landede på Titan efter at have været frigivet fra NASAs Cassini-rumfartøj i 2004, der arbejdede i knappe timer med batterikraft, før de bukkede under for -179,5 ° C-temps, der repræsenterer en dejlig skånsom dag på den saturniske måne.
Så hvad er en rumfarende civilisation at gøre? Bestemmelsen om ikke at gå ud i rummet er bestemt ikke den, vi vil have på bordet, og fordrejning eller hurtigere end lys drev a la hver dårlig science fiction-flick er intetsteds i den nærmeste fremtid. I [min] stærkt vurderede opfattelse har NASA følgende muligheder:
Udnyt andre RTG-kilder med straf. Som nævnt tidligere findes andre nukleare kilder i form af Plutonium, Thorium og Curium isotoper og kunne tænkes integreret i RTG'er; alle har dog problemer. Nogle har ugunstige halveringstider; andre frigiver for lidt energi eller farlige penetrerende gammastråler. plutonium238 har høj energiudbytte gennem en mærkbar levetid, og dets emissioner af alfa-partikler kan let indeholdes.
Design innovative nye teknologier.Solcelleteknologi er nået langt i de senere år, så måske efterforskning ud til Jupiters bane er mulig med nok indsamlingsareal. Den pludseligeÅnd ogLejlighed Mars-rovere (som indeholdt Curium-isotoper i deres spektrometre!) Gjorde det godt forbi deres respektive garantidatoer ved hjælp af solceller, og NASA's Dawn-rumfartøj i øjeblikket kredser om asteroiden Vesta sport en innovativ ion-drev teknologi.
Tryk for at genstarte produktionen af plutonium. Igen er det ikke så sandsynligt eller endda gennemførligt, at dette sker i dagens økonomiske spændte miljø efter den kolde krig. Andre lande, såsom Indien og Kina, er på udkig efter at "gå til atomkraft" for at bryde deres afhængighed af olie, men det vil tage nogen tid for ethvert nedslidt plutonium at nå lanceringspladen. Kraftreaktorer er heller ikke gode producenter af Pu238. Den dedikerede produktion af Pu238 kræver enten høje neutronfluxreaktorer eller specialiserede “hurtige” reaktorer specifikt designet til produktion af trans-uranisotoper…
Baseret på realiteterne i nukleare materialeproduktion finansieringsniveauerne til Pu238 produktionsstart er skræmmende små. NASA skal stole på DOE for den nødvendige infrastruktur og viden, og løsninger på problemet skal passe til realiteterne i begge agenturer.
Og det er den dystre virkelighed i en modig ny plutoniumfri verden, der står overfor NASA; måske kommer løsningen som en kombination af nogle af eller alle ovenstående. Det næste årti vil være fyldt med krise og muligheder… plutonium giver os en slags Promethean forhandling med dens anvendelse; vi kan enten bygge våben og dræbe os selv med det, eller vi kan arve stjernerne.
Tak til David Dickinson for brugen af hans fremragende artikel; husk at læse den fulde version på hans Astro Guyz-side her (og følg David på Twitter @astroguyz.) Tjek også denne artikel af Emily Lakdawalla fra The Planetary Society om, hvordan RTG-enheden for nysgerrighed blev lavet.
”Der er nogle mennesker, der legitimt føler, at dette simpelthen ikke er en prioritet, at der ikke er nok penge, og det er ikke deres problem. Men jeg tror, at hvis du prøver at gå tilbage og se på skoven og ikke kun de enkelte træer, er dette en af de ting, der har hjulpet os til at blive et teknologisk kraftcenter. Hvad vi har gjort med robotforskning i rummet, er noget, som folk ikke kun i USA, men over hele verden kan se op til. ”
- Ralph McNutt, planetvidenskabsmand ved Johns Hopkins Universitets Applied Physics Laboratory (APL)
(Top billedkredit © 2011 Theodore Gray periodictable.com; brugt med tilladelse.)
