Kolme päivää sitten lauantaina 26. marraskuuta avattu Mars Science -laboratorio on parhaillaan matkalla Punaiselle planeetalle - matka, joka vie lähes yhdeksän kuukautta. Saavuttaessaan elokuun 2012 ensimmäisen viikon, MSL alkaa tutkia maaperää ja ilmapiiriä Gale-kraatterissa etsien viimeisimmän elämän pienimpiä vinkkejä. Ja toisin kuin aikaisemmat aurinkoenergialla ajettavat roversit, MSL tulee ydinvoimalla, tuottaen energiansa lähes kahdeksan kilon plutonium-238: n rapistumisen kautta. Tämä mahdollisesti pitää seuraavan sukupolven roverin käynnissä vuosia ... mutta mikä ruokkii tulevia etsintätehtäviä nyt, kun NASA ei ehkä enää pysty rahoittamaan plutoniumin tuotantoa?
Pu-238 on radioaktiivisen elementin ei-asteikkoinen isotooppi, jota NASA on käyttänyt yli 50 vuotta etsintäavaruusalusten polttoaineena. Voyagers, Galileo, Cassini… kaikilla oli radioisotooppisia termoelektroniikan generaattoreita (RTG), jotka tuottivat energiaa Pu-238: n kautta. Mutta ainetta ei ole ollut tuotannossa Yhdysvalloissa 1980-luvun lopusta lähtien; kaikki Pu-238 on sittemmin tuotettu Venäjällä. Mutta nyt on jäljellä vain tarpeeksi yksi tai kaksi muuta virkamatkaa, eikä vuoden 2012 budjettisuunnitelmassa ole vielä varattu rahoitusta energiaosastolle tuotannon jatkamiseksi.
Mistä tuleva polttoaine tulee? Kuinka NASA antaa voimansa seuraavalle robottimatkailijoiden kokoonpanolle? (Ja miksi ihmiset eivät ole enää huolissaan tästä?)
Amatööri-tähtitieteilijä, opettaja ja bloggaaja David Dickinson on käsitellyt yksityiskohtaa tästä taiteesta aiemmin tänä vuonna kirjoitetussa informatiivisessa artikkelissa. Tässä on joitain otteita hänen viestistään:
________________
Kun poistut oikeudenmukaiselta planeettamme, massa on kaikkea. Avaruus on kova paikka, joten sinun on tuotava lähes kaikki tarvitsemasi, polttoaine mukaan lukien. Ja kyllä, enemmän polttoainetta tarkoittaa enemmän massaa, tarkoittaa enemmän polttoainetta, tarkoittaa ... No, saat idean. Yksi tapa on käyttää käytettävissä olevaa aurinkoenergiaa sähköntuotantoon, mutta tämä toimii vain hyvin sisäisessä aurinkojärjestelmässä. Tutustu ensi kuussa Jupiteriin kulkevan Juno-avaruusaluksen aurinkopaneeleihin… niiden on oltavavaltava hyödyntääkseen käytettävissä olevaa suhteellisen heikkoa aurinkovoimaa ... tämä johtuu ystävästämme käänteisestä neliölaista, joka säätelee kaikkia asioita sähkömagneettisina, mukaan lukien valo.
Toimiakseensyvätilaa, tarvitset luotettavan virtalähteen. Yhdistämisongelmien ratkaisemiseksi kaikkien mahdollisten Kuun tai Marsin pintaoperaatioiden on kyettävä käyttämään energiaa pitkään aurinkoa aiheuttamattomaan toimintaan; Kuun etupostilla olisi edessään esimerkiksi yötä, jotka ovat esimerkiksi noin kaksi Maan viikkoa. Tätä varten NASA on historiallisesti käyttänyt radioisotooppisia lämpögeneraattoreita (RTG) sähköisenä "voimalaitoksena" pitkän aikavälin avaruusmatkoihin. Ne tarjoavat kevyen, pitkäaikaisen polttoaineen lähteen, joka tuottaa 20-300 wattia sähköä. Suurin osa on pienen ihmisen kokoista, ja ensimmäiset prototyypit lentäivät Transit-4A & 5BN1 / 2-avaruusaluksilla 60-luvun alkupuolella. Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo ja Cassini -alukset kaikki Urheilu Pu238 moottorikäyttöiset RTG: t. Avaruusaluksilla Viking 1 ja 2 oli myös RTG, samoin kuin pitkäaikaiset Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) -kokeet, jotka Apollo-astronautit sijoittivat Kuulle. Jo vuonna 2003 ehdotettiin kunnianhimoista näytteen paluumatkaa Pluton planeetalle, joka olisi käyttänyt pientä ydinmoottoria.
Video: millainen plutonium todella on?
David mainitsee edelleen plutoniumin kiistattomat vaarat ...
Plutonium onilkeä kamaa. Se on voimakas alfa-emitteri ja erittäin myrkyllinen metalli. Hengitettynä se altistaa keuhkokudoksen erittäin suurelle paikalliselle säteilyannokselle mukana olevalla syöpäriskillä. Jos nielty, jotkut plutoniumimuodot kerääntyvät luihin, missä se voi vahingoittaa kehon verenmuodostusmekanismia ja hylätä tuhoa DNA: lla. NASA oli historiallisesti kiinnittänyt mahdollisuuden New Horizonsin avaruusaluksen laukaisuvirheeseen 350: 1 suhteessa, joka silloinkin ei välttämättä rikkoisi RTG: tä ja päästäisi sisältämiä 11 kiloa plutoniumdioksidia ympäristöön. Esimerkiksi edellä mainitun Apollo 13 LM: n eteläisen Tyynenmeren lepopaikan ympärillä suoritetut näytteenotot kertovat muun muassa siitä, että Lunar-moduulin nousuvaihe palataan uudelleen, joten RTG: n uudelleen paluu EI rikkoa säiliötä, koska plutoniumin saastumista ei ole koskaan löydetty .
Ydinvoiman vaarat varjoavat kuitenkin usein sen suhteellisen turvallisuuden ja kiistatonta hyötyä:
Mustajoutsentapahtumat, kuten Kolmen mailin saari, Tšernobyli ja Fukushima, ovat auttaneet demonisoimaan kaiken ydinvoiman, aivan kuten näkemys, että 19thluvun kansalaisilla oli sähköä. Älä unohda sitä, että hiilipolttolaitokset laittavat ilmakehän monta kertaa vastaavan määrän radioaktiivista saastumista lyijyn muodossa210, polonium214, torium- ja radonkaasut,joka päivä. Ydinlaitosten turvallisuusilmaisimet laukaistaan usein lämpötilanvaihdosten aikana lähellä olevien hiilivoimalaitosten päästöjen takia ... säteily oli osa ympäristöämme jo ennen kylmää sotaa ja on täällä jäädäkseen. Lainaakseni Carl Sagania: "Avaruusmatka on yksi ydinaseiden parhaista käyttökohteista, joita voin ajatella ..."
Silti meillä on selkeä päämäärä silmissä ydinvoiman ”aseiden” toimittamiseen, joita tarvitaan avaruusmatkojen valtaamiseen…
NASA: lla on tällä hetkellä dilemma, joka asettaa vakavan pellin aurinkokunnan ulkopuolisille tutkimuksille tulevina vuosikymmeninä. Kuten mainittiin, nykyiset plutoniumvarannot ovat suunnilleen riittävät Mars Science Laboratory Curiosity -yritykselle, joka sisältää 4,8 kilogrammaa plutoniumdioksidia ja viimeisen suuren ja ehkä pienen ulkoisen aurinkokunnan tehtävän. MSL käyttää Boeingin suunnittelemaa uuden sukupolven MMRTG: tä (”MM” tarkoittaa Multi-Mission), joka tuottaa 125 wattia jopa 14 vuotta. Mutta uuden plutoniumin tuotanto olisi vaikeaa. Plutoniumin syöttöjohdon uudelleenkäynnistäminen olisi pitkä prosessi, ja se vie ehkä kymmenen vuotta. Muita ydinvoimapohjaisia vaihtoehtoja todellakin on, mutta ei ilman rangaistusta joko alhaisella lämpöaktiivisuudella, haihtuvuudella, tuotantokustannuksilla tai lyhyellä puoliintumisajalla.
Tämän tekijän vaikutukset saattavat olla synkkä sekä miehitetylle että miehittämättömälle avaruusmatkalle ulkoiseen aurinkokuntaan. Vastakohtana siihen, mitä äskettäisessä vuoden 2011 vuosikymmenien tutkimuksessa planeettatutkimukselle ehdotetaan, tulemme onneksi nähdä monia niistä kunnianhimoisista ”Battlestar Galactica”- aurinkokunnan ulkoiset ulkoiset tehtävät toteutuvat.
Euroopassa, Titanissa ja Enceladussa sijaitsevat maa-alueet, pommitukset ja vedenalaiset sukeltajat toimivat kaukana Auringon alueesta ja tarvitsevat mainittuja ydinvoimalaitoksia saadakseen työnsä saamaan aikaan - vastakohtana tähän Euroopan avaruusjärjestön Huygens-koettimeen, joka laskeutui Titanille saapumisensa jälkeen. vapautettiin NASA: n Cassini-avaruusaluksesta vuonna 2004, joka toimi vähäisin tunteina akkuvirralla ennen kuin joutui -179,5 ° C: n lämpötiloihin, jotka edustavat mukavaa leutopäivää Saturnuksen kuulla.
Joten mitä on avaruuteen ulottuva sivilisaatio tehdä? Varmasti, että "ei mene avaruuteen" -vaihtoehtoa ei ole haluamamme pöydällä, ja loimi tai nopeampi kuin valo -asema ajaa jokaisen huonon tieteiskirjauksen leikkeet eivät ole missään lähitulevaisuudessa. [Erittäin arvostetun] mielestä NASA: lla on seuraavat vaihtoehdot:
Hyödynnä muita RTG-lähteitä rangaistuksessa. Kuten aikaisemmin mainittiin, muita ydinlähteitä pllutonium-, torium- ja curium-isotooppien muodossa on olemassa, ja ne voitaisiin mahdollisesti sisällyttää RTG: iin; kaikilla on kuitenkin ongelmia. Joillakin on epäsuotuisa puoliintumisaika; toiset vapauttavat liian vähän energiaa tai vaarallisia tunkeutuvia gammasäteitä. plutonium238 sillä on korkea energiantuotos koko tuntuvan käyttöiän ajan, ja sen alfahiukkaspäästöt voidaan hillitä helposti.
Suunnittele innovatiivisia uusia tekniikoita.Aurinkokennoteknologia on kulkenut pitkän matkan viime vuosina, joten mahdollisesti etsintä Jupiterin kiertoradalle on riittävä keräilyalueella. NukkeHenki jaTilaisuus Mars-roversit (joissa oli Curium-isotooppeja spektrometrissään!) Valmistettiin hyvissä ajoin vastaavien takuupäiviensä aikana käyttämällä aurinkokennoja, ja NASA: n Dawn-avaruusalus, joka kiertää tällä hetkellä asteroidi Vesta sports -tapahtumaa, on innovatiivinen ioni-ajoteknologia.
Käynnistä plutoniumin tuotanto uudelleen. Jälleen kerran, ei ole niin todennäköistä tai edes mahdollista, että tämä tapahtuu nykyään kylmän sodan jälkeisessä taloudellisessa tilanteessa. Muut maat, kuten Intia ja Kiina, pyrkivät "menemään ydinvoimaan" katkaistakseen riippuvuutensa öljystä, mutta jonkin verran kurjuutta aiheuttavan plutoniumin saavuttaminen laukaisualustalla vie jonkin aikaa. Voimareaktorit eivät myöskään ole hyviä Pu-tuottajia238. Omistettu tuotanto Pu238 vaatii joko korkean neutronivirran reaktorit tai erikoistuneet ”nopeat” reaktorit, jotka on erityisesti suunniteltu trans-uraani-isotooppien tuotantoon…
Ydinaineiden tuotannon todellisuuden perusteella Pu: n rahoituksen tasot238 tuotannon uudelleenkäynnistäminen on pelottavan pieni. NASA: n on luottamus DOE: hen tarvittavan infrastruktuurin ja tiedon hankkimiseksi, ja ratkaisujen on vastattava molempien virastojen todellisuutta.
Ja se on NASAn edessä olevan rohkean uuden plutoniumittoman maailman synkkä todellisuus; Ehkä ratkaisu tulee yhdistelmänä jokaisesta tai kaikista edellä mainituista. Seuraava vuosikymmen on täynnä kriisiä ja mahdollisuuksia ... plutonium antaa meille eräänlaisen Promethean-kaupan sen käytön kanssa; voimme joko rakentaa aseita ja tappaa itsemme sillä, tai voimme periä tähdet.
Kiitos David Dickinsonille hänen erinomaisen artikkelinsa käytöstä; muista lukea koko versio hänen Astro Guyz -sivustoltaan täällä (ja seuraa Davidia Twitterissä @astroguyz.) Tutustu myös The Planetary Society: n Emily Lakdawallan artikkeliin kuinka uteliaisuuden RTG-yksikkö tehtiin.
”Jotkut ihmiset ajattelevat, että tämä ei yksinkertaisesti ole prioriteettia, että rahaa ei ole tarpeeksi eikä se ole heidän ongelmansa. Mutta mielestäni jos yrität astua taaksepäin ja katsoa metsää, ei vain yksittäisiä puita, tämä on yksi niistä asioista, jotka ovat auttaneet meitä tulemaan teknologiseksi voimalaitokseksi. Se mitä olemme tehneet robottisella avarustutkimuksella, ovat asia, jota ihmiset eivät vain Yhdysvalloissa, vaan ympäri maailmaa voivat odottaa. "
- Ralph McNutt, planeettatutkija Johns Hopkinsin yliopiston soveltavan fysiikan laboratoriossa (APL)
(Yläkuva luotto © 2011 Theodore Gray periodictable.com; käytetty luvalla.)
