Kolm päeva tagasi laupäeva, 26. novembri hommikul käivitatud Marsi teaduslabor on praegu teel Punasele planeedile - teekond, mis võtab aega ligi üheksa kuud. Kui saabub 2012. aasta augusti esimene nädal, alustab MSL Gale kraatri pinnase ja atmosfääri uurimist, otsides varasema elu pisimaid vihjeid. Ja erinevalt eelmistest päikeseenergiaga sõitvatest vagunitest, saab MSL tuumaenergiat, genereerides oma energiat ligi 8 naela plutooniumi-238 lagunemise teel. See hoiab potentsiaalselt järgmise põlvkonna roverit aastaid tööl ... kuid mis õhutab tulevasi uurimismissioone nüüd, kui NASA ei pruugi enam plutooniumi tootmist rahastada?
Pu-238 on mitteaktiivne radioaktiivse elemendi isotoop, mida NASA on üle 50 aasta kasutanud kosmoselaevade kütuseks. Voyagersil, Galileo, Cassini… kõigil olid radioisotooptermoelektrilised generaatorid (RTG), mis genereerisid energiat Pu-238 kaudu. Kuid seda ainet pole USAs tootnud alates 1980. aastate lõpust; kõik Pu-238 on sellest ajast toodetud Venemaal. Kuid nüüd on jäänud veel vaid üks või kaks missiooni veel piisavalt ning 2012. aasta eelarvekavas ei ole veel energeetikaosakonnale raha eraldatud, et tootmist jätkata.
Kust tuleb tulevikus kütus? Kuidas saab NASA oma järgmist robotiuurijate rivistust? (Ja miks pole rohkem inimesi selle pärast mures?)
Amatöör-astronoom, õpetaja ja ajaveebipidaja David Dickinson arutas selle ajendi üksikasju informatiivses artiklis, mis on kirjutatud selle aasta alguses. Siin on mõned katkendid tema postitusest:
________________
Meie õiglaselt planeedilt lahkumisel on mass kõik. Kuna ruum on karm koht, peate peaaegu kõik vajaliku, sealhulgas kütuse, endaga kaasa võtma. Ja jah, rohkem kütus tähendab rohkem massi, tähendab rohkem kütust, tähendab ... noh, saate idee. Üks võimalus on kasutada olemasolevat päikeseenergiat energia tootmiseks, kuid see toimib hästi ainult sisemise päikesesüsteemi korral. Heitke pilk järgmisel kuul Jupiterini suunduva kosmoselaeva Juno päikesepaneelidele ... need asjad peavad olematohutu selleks, et kasutada ära suhteliselt väikest päikeseenergiat, mis on talle kättesaadav, on see meie sõbra tänu ruudukujulisele pöördseadusele, mis reguleerib elektromagnetilist, ka valgust.
Tegutsemiseks keskkonnassügavruumi, vajate töökindlat toiteallikat. Probleemide lahendamiseks peavad kõik kavandatavad Kuu või Marsi pinnaoperatsioonid olema võimelised energiat kasutama pika aja jooksul ilma päikeseta; Kuu eelpost seisab silmitsi näiteks öödega, mis on näiteks umbes kaks Maa nädalat. Sel eesmärgil on NASA ajalooliselt kasutanud radioisotoopide soojusgeneraatoreid (RTG) pikaajalise kosmoseülesande tegemiseks mõeldud elektrilise „elektrijaamana“. Need on kerged ja pikaajalised kütuseallikad, mis toodavad 20-300 vatti elektrienergiat. Enamik on umbes väikese inimese suurused ja esimesed prototüübid lendasid kosmoselaevadel Transit-4A & 5BN1 / 2 60ndate alguses. Kosmoseaparaadid Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo ja Cassini kõik Sport238 toitega RTG-d. Kosmoselaevadel Viking 1 ja 2 olid ka RTG-d, nagu ka pikaajalistes Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) eksperimentides, mille Apollo astronaudid Kuule asetasid. 2003. aastal tehti isegi ettepanek ambitsioonikaks tagasipöördumismissiooniks planeedile Pluuto, kus oleks kasutatud väikest tuumomootorit.
Video: milline on plutoonium?
David mainib edasi plutooniumi vaieldamatuid ohte ...
Plutoonium onvastik värk. See on tugev alfa-emitter ja väga mürgine metall. Sissehingamisel põhjustab see kopsukoe väga suurt lokaalset kiirgusdoosi koos sellega kaasneva vähiriskiga. Allaneelamisel koguneb meie luudesse mõni plutooniumi vorm, mis võib kahjustada keha vereloome mehhanismi ja hävitada DNA-ga. NASA oli ajalooliselt kinnitanud kosmoselaeva New Horizons stardi tõrkevõimaluse 350: 1 suhtes, mis isegi siis ei peaks tingimata RTG-d purustama ja keskkonda laskma sisalduvat 11 kilogrammi plutooniumdioksiidi. Näiteks eelpool mainitud Apollo 13 LM puhkepaiga Vaikse ookeani lõunaosa puhkepaiga ümber tehtud proovide võtmine viitab Lunar-mooduli tõusuastme uuesti sisenemisele, et RTG taaskehtestamine EI MITTE konteinerit rebenenud, kuna plutooniumi saastumist pole kunagi leitud .
Tuumaenergia ohud varjutavad selle tuumaenergia suhtelist ohutust ja ilmselget kasu sageli:
Musta luige sündmused, nagu Kolme miili saar, Tšernobõli ja Fukushima, on aidanud demoniseerida kõike tuumarelva, sarnaselt arvamusele, et 19thsajandi kodanikel oli elekter. Ärge kunagi pange tähele, et söeküttel töötavad taimed panid atmosfääri mitu korda samaväärse radioaktiivse saasta kui plii210, poloonium214, tooriumi ja radooni gaasid,iga päev. Tuumajaamade ohutusdetektorid käivitatakse sageli temperatuuride muutuste ajal ümberkaudsete söejaamade heitkoguste tõttu. Kiirgus kuulus meie keskkonda juba enne külma sõda ja on siin, et jääda. Carl Sagani tsiteerides: “Kosmosereisid on tuumarelvade üks parimaid kasutusvõimalusi, millest ma võin mõelda…”
Kuid siin me oleme, pidades silmas kindlat lõppu kosmosereisidele jõudmiseks vajalike tuumarelvade tarnimiseks ...
Praegu seisab NASA silmitsi dilemmaga, mis paneb järgneval kümnendil Päikesesüsteemi väliste uuringute jaoks tõsise siibri. Nagu mainitud, on praegused plutooniumi varud umbes piisavad Marsi teaduslabori uudishimu jaoks, mis sisaldab 4,8kilogrammi plutooniumdioksiidi ja viimast suurt ja võib-olla ka ühte väikest Päikesesüsteemi välimissiooni. MSL kasutab Boeingi kavandatud uue põlvkonna MMRTG-d (“MM” tähistab mitut missiooni), mis toodab 125 vatti kuni 14 aastat. Kuid uue plutooniumi tootmine oleks keeruline. Plutooniumi varustustoru taaskäivitamine oleks pikk protsess, mis võib võtta kümmekond aastat. Muud tuumaenergiapõhised alternatiivid on tõepoolest olemas, kuid mitte ilma karistuseta kas madala soojusaktiivsuse, lenduvuse, tootmiskulude või lühikese poolestusaja korral.
Selle teguri mõjud võivad olla nii mehitatud kui ka mehitamata kosmosesisese rände jaoks päikesesüsteemi välimusele sünged. Arvestades hiljutise 2011. aasta planeetide uurimise aastakümne uuringu ettepanekuga, on meil hea meel näha paljusid neist ambitsioonikatest „Battlestar Galactica”- Päikesesüsteemi välimised ülesanded saavad teoks.
Europa, Titani ja Enceladusis asuvad maandurid, pilguheit ja sukeldumine töötavad kõik Päikese domeenist kaugemal ning töö saamiseks on vaja nimetatud tuumaelektrijaamu ... vastandada seda Euroopa Kosmoseagentuuri sondi Huygensiga, mis pärast Titanile maandumist lasti. vabastati NASA kosmoseaparaadist Cassini 2004. aastal, mis töötas akut kasutades vähe tunde, enne kui alistus temperatuuridele -179,5 ° C, mis tähistavad mõnusat palsamipäeva Saturnuse kuul.
Mida kosmosealane tsivilisatsioon siis teha saab? Kindlasti ei ole variant „kosmosesse mitte minek“ seda, mida me lauale tahame, ja sulatamine või kiirem kui valgus valgustab iga halva ulmevälgatuse lähitulevikus. [Minu] kõrgelt hinnatud arvamuses on NASA-l järgmised võimalused:
Kasutage karistuseks teisi RTG-allikaid. Nagu varem mainitud, eksisteerivad muud tuumaallikad plutooniumi, tooriumi ja kõriumi isotoopide kujul ja neid saab mõeldavalt lisada RTG-desse; kõigil on siiski probleeme. Mõnel on ebasoodsad poolestusajad; teised eraldavad liiga vähe energiat või ohtlikke läbitungivaid gammakiiri. Plutoonium238 on kogu energiakulu jooksul suure energiakogusega ja selle alfaosakeste emissiooni saab hõlpsalt ohjeldada.
Kavandage uuenduslikke uusi tehnoloogiaid.Päikeseelementide tehnoloogia on viimastel aastatel jõudnud kaugele, võimaldades uurida Jupiteri orbiidile piisavalt kogumisala. KitsasVaim jaVõimalus Marsi roversid (mis sisaldasid spektromeetrites küll Curium'i isotoope!) Said päikesepatareid kasutades oma vastavast garantiiajast tublilt mööda ning NASA Dawn kosmoselaev, mis tiirleb praegu asteroidi Vesta spordi ümber, on uuenduslik ioonülekande tehnoloogia.
Plutooniumi tootmise taaskäivitamiseks vajutage nuppu. Jällegi ei ole nii tõenäoline ega isegi mitte teostatav, kui see toimub külma sõja järgses majanduslikult raskes keskkonnas. Teised riigid, näiteks India ja Hiina, soovivad naftasõltuvuse kaotamiseks "tuumaenergiat" kasutada, kuid iga nõtke plutooniumi jõudmine stardiplatsini võtab natuke aega. Ka pole elektrireaktorid Pu head tootjad238. Spetsiaalne lavastus Pu238 nõuab kas kõrge neutronvooga reaktorit või spetsiaalset trans-uraani isotoopide tootmiseks loodud spetsialiseeritud kiiret reaktorit…
Tuumamaterjalide tootmise tegelikust olukorrast lähtuvalt on Pu rahastamise tasemed238 tootmise taaskäivitamine on hirmutavalt väike. NASA peab vajaliku infrastruktuuri ja teadmiste osas tuginema DOE-le ning probleemi lahendused peavad vastama mõlema asutuse tegelikkusele.
Ja see on NASA ees seisva vapra uue plutooniumivaba maailma sünge reaalsus; võib-olla tuleb lahendus mõne või kõigi eelnimetatute kombinatsioonina. Järgmine kümnend on täis kriisi ja võimalusi ... plutoonium annab meile selle kasutamisel omamoodi Prometheani sooduspakkumise; võime kas ehitada relvi ja tappa end sellega, või saame tähed pärandada.
Tänu David Dickinsonile suurepärase artikli kasutamise eest; Lugege kindlasti täisversiooni tema Astro Guyzi saidilt siin (ja jälgige Taavetit Twitteris @astroguyz.) Vaadake ka The Planetaarühingu Emily Lakdawalla artiklit selle kohta, kuidas loodi uudishimu RTG-üksus.
„Mõni inimene tunneb õigustatult, et see pole lihtsalt prioriteet, et raha pole piisavalt ja see pole nende probleem. Kuid ma arvan, et kui proovite tagasi astuda ja vaadata metsa, mitte ainult üksikute puude poole, on see üks neist asjadest, mis on aidanud meil saada tehnoloogiliseks jõumasinaks. See, mida oleme teinud kosmoseuuringute robotite abil, on asi, mida inimesed saavad vaadata mitte ainult USA-st, vaid kogu maailmast. ”
- Ralph McNutt, Johns Hopkinsi ülikooli rakendusfüüsika laboratooriumi (APL) planeediteadlane
(Ülemise pildi krediit © 2011 Theodore Gray periodictable.com; kasutatakse loal.)
