Научная лаборатория Марса, созданная три дня назад утром в субботу, 26 ноября, в настоящее время отправляется на Красную планету - путешествие, которое займет почти девять месяцев. Когда он прибудет в первую неделю августа 2012 года, MSL начнет исследовать почву и атмосферу в кратере Гейл в поисках слабых намеков на прошлую жизнь. И в отличие от предыдущих роверов, которые работали на солнечной энергии, MSL будет работать на атомной энергии, генерируя свою энергию в результате распада почти 8 фунтов плутония-238. Это может привести к тому, что марсоход следующего поколения будет работать годами ... но что будет стимулировать будущие исследовательские миссии теперь, когда НАСА больше не сможет финансировать производство плутония?
Pu-238 - это изотоп радиоактивного элемента, не относящийся к оружию, который используется НАСА более 50 лет для заправки космических кораблей. Вояджеры, Галилео, Кассини ... у всех были радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), которые генерировали энергию через Pu-238. Но вещество не производилось в США с конца 1980-х годов; весь Pu-238 с тех пор производится в России. Но теперь осталось только одна или две миссии, и бюджетный план на 2012 год еще не выделяет средства для продолжения производства Министерством энергетики.
Откуда будет поступать топливо в будущем? Как НАСА приведёт в действие свою очередную группу исследователей-роботов? (И почему больше людей не беспокоит это?)
Астроном-любитель, учитель и блогер Дэвид Дикинсон подробно рассказал об этой головоломке в информационной статье, написанной ранее в этом году. Вот некоторые выдержки из его поста:
________________
Покидая нашу прекрасную планету, масса - это все. Космос - это суровое место, вы должны взять с собой почти все, что вам нужно, включая топливо. И да, больше топлива означает больше массы, означает больше топлива, значит ... ну, вы поняли. Одним из способов решения этой проблемы является использование доступной солнечной энергии для выработки электроэнергии, но это хорошо работает только во внутренней солнечной системе. Взгляните на солнечные панели на космическом корабле Юнона, направляющемся в Юпитер в следующем месяце ... эти вещи должны бытьогромный для того, чтобы воспользоваться относительно слабой солнечной мощностью, доступной для него ... это все из-за нашего друга закон обратных квадратов, который управляет всеми вещами, электромагнитными, включая свет.
Работать в окрестностяхглубокопространство, вам нужен надежный источник питания. Чтобы усугубить проблемы, любые предполагаемые наземные операции на Луне или Марсе должны быть в состоянии использовать энергию для длительных периодов работы без солнца; например, лунному форпосту грозят ночи продолжительностью около двух земных недель. Для этого НАСА исторически использовало радиоизотопные тепловые генераторы (РИТЭГ) в качестве электрической «электростанции» для долгосрочных космических полетов. Они обеспечивают легкий, долговременный источник топлива, вырабатывающий от 20 до 300 Вт электроэнергии. Большинство из них размером с маленького человека, а первые опытные образцы летали на космическом корабле Transit-4A и 5BN1 / 2 в начале 60-х годов. Космические корабли Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo и Cassini - это спортивный238 питание РИТЭГов. Космические корабли Викинг 1 и 2 также имели РИТЭГи, как и долгосрочные эксперименты с Аполлоновым Лунным Поверхностным Экспериментом (ALSEP), которые астронавты Аполлона поместили на Луну. В 2003 году даже была предложена амбициозная миссия по возврату образцов на планету Плутон, в которой использовался бы небольшой ядерный двигатель.
Видео: что такое плутоний?
Дэвид продолжает упоминать неоспоримые опасности плутония ...
Плутонийпротивный вещи. Это сильный альфа-излучатель и высокотоксичный металл. При вдыхании он подвергает легочную ткань воздействию очень высокой локальной дозы облучения с сопутствующим риском развития рака. При попадании в организм некоторые формы плутония накапливаются в наших костях, что может повредить механизм формирования крови в организме и разрушить ДНК. Исторически НАСА прогнозировало вероятность неудачного запуска космического корабля New Horizons при 350 к 1, что даже тогда не обязательно приводило к разрыву РИТЭГа и выбросу содержащихся 11 килограммов диоксида плутония в окружающую среду. Например, отбор проб, проведенный вокруг места отдыха в южной части Тихого океана вышеупомянутого Apollo 13 LM, повторного входа в стадию подъема Лунного модуля, показывает, что повторный вход в РИТЭГ НЕ разорвал контейнер, так как загрязнения плутонием не было обнаружено. ,
И все же опасности ядерной энергетики часто затмевают ее относительную безопасность и несомненную выгоду:
Мероприятия с черным лебедем, такие как Три-Майл-Айленд, Чернобыль и Фукусима, послужили демонизации всего ядерного, подобно тому, что 19гограждане века имели электричество. Не берите в голову, что заводы, работающие на угле, многократно выбрасывают в атмосферу эквивалент радиоактивного загрязнения в виде свинца.210полоний214ториевые и радоновые газы,ежедневно, Детекторы безопасности на атомных станциях часто срабатывают во время температурных инверсий из-за выбросов соседних угольных электростанций… радиация была частью нашей окружающей среды еще до холодной войны и должна остаться. Цитируя Карла Сагана, «Космические путешествия - одно из лучших применений ядерного оружия, о котором я могу думать…»
Тем не менее, мы здесь, с определенной целью на пути к поставке ядерного «оружия», необходимого для обеспечения космических полетов…
В настоящее время НАСА сталкивается с дилеммой, которая в предстоящее десятилетие станет серьезным препятствием для исследования внешней солнечной системы. Как уже упоминалось, текущие запасы плутония примерно достаточны для Любопытства Лаборатории Марса, которое будет содержать 4,8 килограмма диоксида плутония и одну последнюю большую и, возможно, одну небольшую миссию внешней солнечной системы. MSL использует MMRTG нового поколения («ММ» означает Multi-Mission), разработанный Boeing, который будет производить 125 Вт в течение 14 лет. Но производство нового плутония будет затруднено. Перезапуск линии подачи плутония будет длительным процессом и займет, возможно, десятилетие. Другие ядерные альтернативы действительно существуют, но не без штрафа в виде низкой тепловой активности, летучести, затрат на производство или короткого периода полураспада.
Последствия этого фактора могут быть мрачными как для пилотируемого, так и для беспилотного космического полета во внешнюю солнечную систему. В противовес тому, что предлагает недавнее Десятилетнее исследование планетарных исследований 2011 года, нам посчастливится увидеть многих из этих амбициозных «Battlestar Galactica«Миссии внешней солнечной системы осуществляются.
Ландеры, дирижабли и подводные лодки на Европе, Титане и Энцеладе будут хорошо работать вне области Солнца, и им понадобятся указанные атомные электростанции, чтобы выполнить свою работу… сопоставить это с зондом Гюйгенс Европейского космического агентства, который приземлился на Титане после того, как выпущенный с космического корабля НАСА «Кассини» в 2004 году, который работал в течение скудных часов от батареи, прежде чем поддался температуре -179,5 ° C, что представляет собой приятный ароматный день на луне Сатурна.
Так что же делать космической цивилизации? Разумеется, вариант «не выходить в космос» - это не тот вариант, который нам нужен на столе, и деформация или «Быстрее, чем свет» приводят в движение каждый плохой научно-фантастический щелчок нигде в ближайшем будущем. По моему мнению, НАСА имеет следующие возможности:
Использование других источников RTG на штраф, Как упоминалось ранее, другие ядерные источники в форме изотопов плутония, тория и кюрия существуют и могут быть предположительно включены в РТГ; у всех, однако, есть проблемы. Некоторые имеют неблагоприятные периоды полураспада; другие выделяют слишком мало энергии или опасные проникающие гамма-лучи. Плутоний238 имеет высокий выход энергии в течение значительного срока службы, и его выбросы альфа-частиц можно легко сдерживать.
Дизайн инновационных новых технологий.В последние годы технология солнечных батарей прошла долгий путь, и, возможно, исследование орбиты Юпитера вполне осуществимо при наличии достаточной площади для сбора. ОтважныйДух а такжеВозможность Марсоходы (которые содержали изотопы Curium в своих спектрометрах!) Хорошо справились со своими датами гарантии, используя солнечные элементы, и космический корабль НАСА Dawn, в настоящее время вращающийся вокруг астероида Веста, использует инновационную технологию ионного привода.
Нажмите, чтобы возобновить производство плутония. Опять же, маловероятно или даже невозможно, чтобы это произошло в сегодняшней финансово ограниченной обстановке после холодной войны. Другие страны, такие как Индия и Китай, стремятся «стать ядерными», чтобы сломать свою зависимость от нефти, но потребуется некоторое время для того, чтобы какой-либо струйный плутоний достигнет стартовой площадки. Кроме того, энергетические реакторы не являются хорошими производителями Pu238, Выделенная продукция Pu238 требуются либо реакторы с высоким нейтронным потоком, либо специализированные «быстрые» реакторы, специально предназначенные для производства трансурановых изотопов…
Исходя из реалий производства ядерных материалов, уровни финансирования Pu238 перезапуск производства пугающе мал. НАСА должно полагаться на МЭ в отношении необходимой инфраструктуры и знаний, а решения проблемы должны соответствовать реалиям обоих учреждений.
И это мрачная реальность смелого нового мира без плутония, с которым сталкивается НАСА; возможно, решение придет в виде комбинации некоторых или всего вышеперечисленного. Следующее десятилетие будет чревато кризисом и возможностями ... плутоний дает нам своего рода прометейскую сделку с его использованием; мы можем либо создавать оружие и убивать себя им, либо мы можем наследовать звезды.
Спасибо Дэвиду Дикинсону за использование его превосходной статьи; Обязательно прочитайте полную версию на его сайте Astro Guyz здесь (и следуйте за Дэвидом в Twitter @astroguyz.) Также ознакомьтесь с этой статьей Эмили Лакдаваллы из «Планетарного общества» о том, как было сделано устройство RTG для Curiosity.
«Есть люди, которые на законных основаниях считают, что это просто не является приоритетом, что денег не хватает и это не их проблема. Но я думаю, что если вы попытаетесь сделать шаг назад и посмотреть на лес, а не только на отдельные деревья, это одна из вещей, которая помогла нам стать технологическим центром. То, что мы сделали с роботизированным исследованием космоса, - это то, на что люди могут смотреть не только в США, но и во всем мире ».
- Ральф Макнатт, ученый-планетолог из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса (APL)
(Главное изображение © 2011 Theodore Grey periodtable.com; используется с разрешения.)
