NASA plutooniumipuuduse lõpp võib olla silmapiiril. Esmaspäeval, 18. märtsilth, Teatas NASA planeetide teadusosakonna juhataja Jim Green, et Ameerika Ühendriikide energeetikaministeeriumi (DOE) toodetav plutoonium-238 (Pu-238) tootmine on praegu katsefaasis, mis viib täieulatusliku tootmise taaskäivitamiseni.
"Kalendriaasta lõpuks on meil energeetikaministeeriumilt täielik plaan selle kohta, kuidas nad suudavad täita meie nõudmise 1,5–2 kilogrammi aastas." Green ütles 44-ndalth Möödunud esmaspäeval Texases Woodlandsis peetakse kuu- ja planeetide teaduskonverentsi.
See uudis tuleb liiga kiiresti. Oleme juba varem kirjutanud eelseisvast plutooniumi puudusest ja selle tagajärgedest tulevikus süvakosmoseuuringutele. Päikeseenergia on enamikul juhtudel piisav, kui uurite sisemist päikesesüsteemi, kuid kui astud asteroidivööst kaugemale, on selle tegemiseks vaja tuumaenergiat.
Isotoobi Pu-238 tootmine oli külma sõja õnnelik tagajärg. Esmakordselt Glen Seaborgi poolt 1940. aastal toodetud plutooniumi (-239) relvaklassi isotoobi toodetakse neptuuniumi (mis ise on uraani-238 lagunemissaadus) pommitamisel neutronitega. Kasutage kiire reaktoris Neptuunium-237 sama isotoopi ja tulemuseks on Pu-238. Pu-238 toodab sumbumissoojust kiirusega 560 vatti kilogrammi kohta 280x korda võrreldes Pu-239 klassi relvadega ning on ideaalne kompaktse energiaallikana sügava kosmose uurimiseks.
Alates 1961. aastast on turule lastud üle 26 USA kosmoselaeva, mis kannavad jõuallikatena mitme missiooniga radioisotoopide termoelektrilisi generaatoreid (MMRTG või varem lihtsalt RTG-sid) ja on uurinud kõiki planeete, välja arvatud elavhõbe. RTG-sid kasutasid Apollo Lunari pinnaeksperimentide paketi (ALSEP) teaduse kasulikud koormad, mille Kuu astronaudid jätsid, ning Cassini, Mars Curiosity ja New Horizons, mis suunduvad 2015. aasta juulis Pluuto uurimiseks, on kõik tuumajõul töötavad.
Plutooniummootoriga RTG-d on järgmised ainult tehnoloogia, mida praegu kasutame ja mis võimaldab teostada süvakosmoseuuringuid. NASA kosmoselaev Juno jõuab esimesena Jupiterini 2016. aastal ilma tuumajõul töötavat RTG-d kasutamata, kuid selle tegemiseks peab ta kasutama 3 tohutut 2,7 x 8,9-meetrist päikesepaneeli.
Probleem on selles, et plutooniumi tootmine USA-s lõppes 1988. aastal pärast külma sõja lõppu. Kui palju Plutonium-238 NASA ja DOE on varunud, on klassifitseeritud, kuid on spekuleeritud, et sellel on kõige rohkem piisavalt veel ühe suure lipulaeva klassi missiooni jaoks ja võib-olla väikese Scout-klassi missiooni jaoks. Lisaks, kui relvade klassi plutoonium-239 on toodetud, ei saa seda soovitud Pu-238 isotoobi uuesti töödelda. Venemaalt osteti praegu Curiosityt võimendav plutoonium, mille allikas lõppes 2010. aastal. New Horizons on varustatud Cassini jaoks ehitatud varu-MMRTG-ga, mis käivitati 1999. aastal.
Lisaboonusena ületavad plutooniumiga töötavad missioonid sageli ka ootusi. Näiteks oli kosmoselaeva Voyager 1 & 2 algne missiooni kestus viis aastat ning eeldatakse, et see jätkub ka viiendal tegevusaastal. Mars Curiosity ei kannata selliste tolmuste päikesepaneelide pärast, mis vaevavad Vaimu ja Võimalust ning võivad töötada pika Marsi talve jooksul. Muide, kuigi Vaimu ja Võimaluse roverid ei olnud tuumaenergiaga töötavad, siis nad tegi soojuse püsimiseks kasutage vuukides pisikesi plutooniumoksiidi graanuleid, samuti radioaktiivset kõri, et saada spektromeetrites neutroniallikaid. On isegi täiesti võimalik, et igasugune tulnukas intelligentsus takerdub viiele meie päikesesüsteemist põgenevale kosmoselaevale (Pioneer 10 ja 11, Voyagers 1 ja 2 ning New Horizons) oma maast lahkumise kujutlusvõimeks, kui mõõdetakse nende plutooniumi energiaallika lagunemist. (Pu-238 poolestusaeg on 87,7 aastat ja see laguneb pärast pikka tütarisotoopide seeria viimist plii-206-le).
Pu-238 praegune tootmistsükkel viiakse läbi Oak Ridge'i riiklikus laboris (ORNL), kasutades selle kõrgvoo isotoobireaktorit (HFIR). „Vana“ Pu-238 saab taaselustada, lisades sellele värskelt toodetud Pu-238.
"Iga 1 kilogrammi kohta elustame tõepoolest kaks kilogrammi vanemat plutooniumi, segades seda ... see on kriitiline osa meie protsessist, et saaksime oma olemasolevat varustust kasutada soovitud energiatihedusel," rääkis Green hiljutisele Marsi uurimise plaanile komitee.
Sellegipoolest võib 1,5-kilogrammise eesmärgi täielik tootmine aastas pisut vaba aega. Konteksti jaoks kasutab Marsi rover Curiosity 4,8 kilogrammi Pu-238 ja New Horizons 11 kilogrammi. Pärast Curiosity käivitamist 2011. aasta novembris pole Maalt lahkunud ühtegi väliste planeetide missiooni ja järgmine tõenäoliselt RTG-ga seotud missioon on kavandatud marsruut Mars 2020. Joonestustahvli ideed, näiteks Titani järveladu ja Jupiter Icy Moons missioon, oleksid kõik tuumaenergiaga töötavad.
Koos uue plutooniumi tootmisega plaanib NASA saada 2016. aastaks kaks uut RTG-d, mida dubleeritakse täpsemaks Stirlingi radioisotoopide generaatoriteks (ASRG). Ehkki tõhusam, ei pruugi ASRG alati olla valitud seade. Näiteks kasutab Curiosity oma MMRTG heitsoojust, et hoida instrumendid Freoni ringluse kaudu soojas. Samuti pidi uudishimu vabastama 110-vatise generaatori tekitatud soojusenergia, samal ajal kui see jahutati oma lennumasinas Marsruudile.
Ja muidugi on olemas ka täiendavad ettevaatusabinõud, mis kaasnevad tuumaenergia kasuliku käivitamisega. USA president pidi Florida Kosmoseranniku juurest Curiosity startima. Cassini, New Horizoni ja Curiosity käivitamine tõmbas meeleavaldajad laiali, nagu ka kõik tuumaenergiaga seotud probleemid. Ärge kunagi pange tähele, et söeküttel töötavad elektrijaamad toodavad radioaktiivset polooniumi, radooni ja tooriumit soovimatu kõrvalsaadusena päevas.
Nimetatud kaatrid ei ole ilma ohtudeta, ehkki riskidega, mida saab leevendada ja juhtida. Üks kurikuulsamaid kosmosega seotud tuumaõnnetusi juhtus USA kosmoseprogrammi alguses, kui RTG-ga varustatud satelliit Transit-5BN-3 kaotas Madagaskari rannikult varsti pärast käivitamist 1964. Ja kui Apollo 13 pidi katkestama ja tagasi Maale suunati astronaudid kraavi Veevalaja Maandumismoodul koos tuumaenergia abil toimuvate teaduskatsetega, mis olid mõeldud Kuu pinnale Vaikses ookeanis Fidži saare lähedal. (Nad ei ütle teile seda filmis) Mõtiskleb, kas tuleviku kosmoseülesande täitmiseks oleks tasuv seda RTG-d ookeanipõhjast ülestõusmine üle kanda. Varasematel tuumarelvadega varustatud kaatritel, näiteks New Horizons, määras NASA võimaluse "käivitusõnnetuseks, mis võib vabastada plutooniumi" vahemikus 350 kuni 1. Isegi siis on varjestatud RTG "üleehitatud", et plahvatus ja löök üle elada veega.
Kuid uusi päikesesüsteemi avastusi silmas pidades on riskid väärt võitu. Kosmoseuuringute vapustavas uues tulevikus annab plutooniumi tootmise taasalustamine rahumeelsetel eesmärkidel meile lootust. Carl Sagani parafraseerides on kosmosereisid tuuma lõhustumise üks parimaid kasutusvõimalusi, mida me võime mõelda!
