Конец нехватки НАСА плутония может быть виден. В понедельник 18 мартагоРуководитель отдела НАСА по планетарным наукам Джим Грин объявил, что производство Плутония-238 (Pu-238) Министерством энергетики США (DOE) в настоящее время находится на стадии испытаний, что приведет к возобновлению полномасштабного производства.
«К концу календарного года у нас будет полный план от Министерства энергетики о том, как они смогут удовлетворить наши потребности в 1,5–2 килограмма в год». Грин сказал в 44го В прошлый понедельник в Вудленде, штат Техас, состоится Лунная и Планетарная научная конференция.
Эта новость приходит не слишком рано. Ранее мы писали о надвигающейся нехватке плутония и ее последствиях для будущих исследований дальнего космоса. Солнечная энергия достаточна в большинстве случаев, когда вы исследуете внутреннюю солнечную систему, но когда вы выходите за пределы пояса астероидов, вам нужна ядерная энергия для этого.
Производство изотопа Pu-238 стало счастливым следствием холодной войны. Впервые произведенный Гленом Сиборгом в 1940 году, изотоп оружейного сорта плутония (-239) получают путем бомбардировки нептуния (который сам является продуктом распада урана-238) нейтронами. Используйте тот же целевой изотоп Нептуний-237 в быстром реакторе, и в результате получается Pu-238. Pu-238 вырабатывает в 280 раз больше тепла при 560 Вт на килограмм по сравнению с оружием Pu-239 и идеально подходит в качестве компактного источника энергии для исследования дальнего космоса.
С 1961 года было запущено более 26 космических аппаратов в США с многоцелевыми радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (MMRTG или ранее просто РИТЭГами) в качестве источников энергии, которые исследовали каждую планету, кроме Меркурия. РИТЭГи использовались научными полезными нагрузками Аполлона Лунных Поверхностных Экспериментов (ALSEP), оставленными астронавтами на Луне, а Кассини, Марс Любопытство и Новые Горизонты, направляющиеся для исследования Плутона в июле 2015 года, все имеют ядерную энергию.
Плутониевые РИТЭГи являются только технология, которую мы используем в настоящее время, которая может проводить исследования в глубоком космосе. Космический корабль Juno НАСА будет первым, кто достигнет Юпитера в 2016 году без использования ядерной РИТЭГ, но для этого ему понадобится 3 огромных солнечных панели размером 2,7 x 8,9 метра.
Проблема в том, что производство плутония в США прекратилось в 1988 году с окончанием холодной войны. Информация о том, сколько запасов плутония-238 НАСА и DOE накопили, засекречена, но есть предположение, что этого достаточно для еще одной большой миссии класса Флагманского корабля и, возможно, небольшой миссии класса скаутов. Кроме того, после изготовления оружейного плутония-239 не требуется повторная обработка до требуемого изотопа Pu-238. Плутоний, который в настоящее время питает Curiosity по всей поверхности Марса, был куплен у русских, и этот источник закончился в 2010 году. New Horizons оснащен запасной MMRTG, которая была построена для Cassini, которая была запущена в 1999 году.
В качестве дополнительного бонуса миссии, работающие на плутонии, также часто превосходят ожидания. Например, космический корабль Voyager 1 & 2 имел первоначальную продолжительность полета пять лет, и теперь ожидается, что он продлится уже в течение своего пятого десятилетия эксплуатации. Mars Curiosity не страдает от проблем «пыльных солнечных панелей», которые изводят Дух и Возможности и могут работать в течение долгой марсианской зимы. Кстати, хотя роверы Spirit и Opportunity не были ядерными, они сделал использовать крошечные шарики оксида плутония в их суставах, чтобы оставаться в тепле, а также радиоактивный кюрий, чтобы обеспечить источники нейтронов в их спектрометрах. Даже вполне возможно, что любой инопланетный интеллект, натыкающийся на пять космических кораблей, покидающих нашу солнечную систему (Пионер 10 и 11, Вояджеры 1 и 2 и Новые Горизонты) мог предположительно датировать их уход с Земли, измеряя распад их источника энергии плутония. (Pu-238 имеет период полураспада 87,7 лет и в конечном итоге распадается после перехода через длинный ряд дочерних изотопов в свинец-206).
Текущий производственный цикл Pu-238 будет осуществляться в Ок-Риджской национальной лаборатории (ORNL) с использованием его высокопоточного изотопного реактора (HFIR). «Старый» Pu-238 также можно возродить, добавив в него недавно изготовленный Pu-238.
«На каждый 1 килограмм мы действительно восстанавливаем два килограмма старого плутония, смешивая его… это критически важная часть нашего процесса, чтобы иметь возможность использовать наши существующие запасы при той плотности энергии, которую мы хотим», - сказал Грин в недавнем планировании исследования Марса комитет.
Тем не менее, полный целевой объем производства 1,5 килограмма в год может быть некоторое время перерыв. Для контекста, марсоход Curiosity использует 4,8 килограмма Pu-238, а New Horizons - 11 килограммов. С момента запуска Curiosity в ноябре 2011 года ни одна из миссий на внешние планеты не покидала Землю, и следующая миссия, которая, вероятно, будет поддерживать RTG, - это предлагаемый марсоход Mars 2020. Идеи на чертежной доске, такие как посадка на озеро Титан и миссия «Ледяная Луна Юпитера», будут иметь атомную энергию.
Наряду с новым производством плутония НАСА планирует выпустить две новые РИТЭГы, получившие название усовершенствованных радиоизотопных генераторов Стирлинга (ASRG), к 2016 году. Будучи более эффективным, ASRG, возможно, не сможет всегда быть устройством выбора. Например, Curiosity использует тепло MMRTG, чтобы держать инструменты в тепле благодаря циркуляции фреона. Любопытство также должно было отводить отработанное тепло, вырабатываемое 110-ваттным генератором, когда он находился в воздушной оболочке на пути к Марсу.
И, конечно, есть дополнительные меры предосторожности, которые идут с запуском ядерной полезной нагрузки. Президенту Соединенных Штатов пришлось подписаться на запуск Curiosity с космического побережья Флориды. Запуск «Кассини», «Нового горизонта» и «Любопытства» вызвал рассеивание протестующих, как и все, что связано с ядерной тематикой. Не берите в голову, что электростанции, работающие на угле, ежедневно производят радиоактивный полоний, радон и торий как нежелательный побочный продукт.
Упомянутые запуски не обходятся без опасностей, хотя и с рисками, которые можно смягчить и контролировать. Одна из самых известных ядерных аварий в космосе произошла в начале космической программы США, когда вскоре после запуска в 1964 году у побережья Мадагаскара был потерян спутник Transit-5BN-3, оснащенный РИТЭГом. А когда «Аполлон-13» пришлось прервать. и вернуться на Землю, космонавтам было приказано бросить Водолей Модуль приземления вместе с его научными экспериментами на атомной электростанции, предназначенными для поверхности Луны в Тихом океане около острова Фиджи. (Они не говорят вам который в фильме) Интересно, будет ли экономически выгодно «воскресить» этот РИТЭГ с дна океана для будущей космической миссии. На предыдущих запусках с ядерным оснащением, таких как «Новые горизонты», НАСА дало шанс «аварии при запуске, которая могла бы выпустить плутоний» при 350 к 1 против. Даже тогда экранированный РИТЭГ «перегружен», чтобы выдержать взрыв и удар. с водой.
Но риски стоят того, чтобы выиграть с точки зрения новых открытий Солнечной системы. В смелом новом будущем освоения космоса возобновление производства плутония в мирных целях дает нам надежду. Перефразируя Карла Сагана, космическое путешествие является одним из лучших способов ядерного деления, о котором мы только можем подумать!
