מעבדת המדע של מאדים, שהושקה לפני שלושה ימים בבוקר יום שבת, 26 בנובמבר, נמצאת כעת בדרך לכוכב האדום - מסע שיימשך כמעט תשעה חודשים. כשתגיע השבוע הראשון של אוגוסט 2012, MSL תחל לחקור את האדמה והאווירה בתוך מכתש גייל, בחיפוש אחר הרמזים הקלים ביותר של חיי העבר. ובניגוד לשבילים הקודמים שהפעילו אנרגיה סולארית, MSL תהיה מונעת גרעינית ותייצר את האנרגיה שלה דרך התפרקות של כמעט 8 פאונד של פלוטוניום -238. זה עשוי להשאיר את רובר הדור הבא לרוץ במשך שנים ... אבל מה ידלק משימות חקר עתידיות כעת כשנאס"א כבר לא תוכל לממן ייצור פלוטוניום?
Pu-238 הוא איזוטופ שאינו נשק בדרגת הנשק של היסוד הרדיואקטיבי, המשמש את נאס"א במשך למעלה מחמישים שנה לדלק חללית חקר. Voyagers, גלילאו, Cassini ... לכולם היו גנרטורים תרמו-אלקטרוניים רדיו-איזופיים (RTGs) שייצרו כוח באמצעות Pu-238. אך החומר לא נמצא בייצור בארה"ב מאז סוף שנות השמונים; כל Pu-238 מיוצר מאז ברוסיה. אולם כעת נותר רק מספיק למשימה אחת או שתיים נוספות ותכנית התקציב לשנת 2012 עדיין לא מקצה מימון למחלקת האנרגיה להמשיך בייצור.
מאיפה יגיע הדלק העתידי? כיצד תעביר נאס"א את מערך החוקרים הרובוטי הבא שלה? (ולמה אנשים לא מודאגים יותר מכך?)
אסטרונום חובב, מורה ובלוגר דייוויד דיקינסון התייחס לפרטי פרטים על הון זה במאמר אינפורמטיבי שנכתב בתחילת השנה. להלן כמה קטעים מהפוסט שלו:
________________
כשיוצאים מכוכב הלכת שלנו, המיסה היא הכל. מקום שהוא מקום קשה, עליך להביא איתך כמעט כל מה שאתה צריך, כולל דלק. וכן, יותר דלק פירושו יותר מסה, פירושו יותר דלק, פירושו ... טוב, אתה מבין את הרעיון. דרך אחת לעקוף זאת היא להשתמש באנרגיה סולארית זמינה לייצור חשמל, אך הדבר פועל רק במערכת השמש הפנימית. התבונן בפאנלים הסולאריים בחללית ג'ונו המיועדת ליופיטר בחודש הבא ... הדברים האלה חייבים להיותענק על מנת לנצל את ההספק השמש הרופף יחסית העומד לרשותו ... זה הכל בגלל חברנו החוק המרובע ההפוך השולט בכל הדברים אלקטרומגנטיים, כולל אור.
לפעול בסביבתעמוקשטח, אתה זקוק למקור כוח אמין. כדי לפתור בעיות מורכבות, כל פעולות פנים שטח פוטנציאליות בירח או במאדים חייבים להיות מסוגלים לנצל אנרגיה במשך תקופות ארוכות של פעולה חסרת שמש; מוצב ירחי יתמודד עם לילות שאורכם כשבועיים של כדור הארץ, למשל. לשם כך, נאס"א השתמשה באופן היסטורי בגנרטורים תרמיים של רדיואיזוטופים (RTGs) כ"תחנת כוח "חשמלית למשימות שטח ארוכות טווח. אלה מספקים מקור דלק קל וארוך טווח, המפיק 20-300 וואט חשמל. רובם כגודל אדם קטן, והטיפוסים הראשונים טסו בחללית Transit-4A & 5BN1 / 2 בראשית שנות ה -60. החלוץ, וויאג'ר, ניו אופקים, חללית גלילאו וקאסיני כל ספורט פו238 RTGs מופעל. לחלליות הוויקינגים 1 ו -2 היו גם RTGs, וכך גם ניסויי אריזת השטח של Apollo Lunar Surface Package (ALSEP) לטווח הארוך שאסטרונאוטים של אפולו הניחו על הירח. משימת השבת דגימה שאפתנית לכוכב הפלוטו הוצעה אפילו בשנת 2003, והיא הייתה מנצלת מנוע גרעיני קטן.
וידאו: איך באמת פלוטוניום?
דייוויד ממשיך ומזכיר את הסכנות הבלתי ניתנות להכחשה של פלוטוניום ...
פלוטוניום הואמגעיל דברים. זהו פולט אלפא חזק ומתכת רעילה ביותר. בשאיפה היא חושפת רקמת ריאה למינון קרינה מקומי גבוה מאוד עם הסיכון הנמצא בסרטן. אם נבלעים, צורות פלוטוניום מסוימות מצטברות בעצמות שלנו בהן הן עלולות לפגוע במנגנון היווצרות הדם של הגוף ולהרס הרס עם DNA. נאס"א תלתה באופן היסטורי סיכוי לכישלון שיגור של חלליות New Horizons ב -350 ל -1 נגד, שגם אז לא בהכרח יקרע את ה- RTG וישחרר את 11 הק"ג המכילים פלוטוניום דו-חמצני לסביבה. דגימה שנערכה סביב מקום המנוחה הדרומי של האוקיאנוס השקט של הכניסה המחודשת של אפולו 13 LM לעיל לשלב העלייה של מודול הירח, למשל, מצביעה על כך שהשוב שוב ה- RTG לא קרע את המכולה, מכיוון שלא נמצא זיהום פלוטוניום מעולם. .
אולם הסכנות של כוח גרעיני מאפילות לעיתים קרובות על בטיחותה היחסית ועל התועלת הבלתי ניתנת לטעות:
אירועי הברבורים השחורים כמו האי שלוש מייל, צ'רנוביל ופוקושימה שימשו להפגנת דמוניזציה של כל הדברים הגרעיניים, בדומה לתפיסה ש -19thאזרחי המאה היו חשמל. לא חשוב, כי מפעלים מפוטרים מכניסים לאווירה פעמים רבות את המקבילה לזיהום רדיואקטיבי בצורה של עופרת210, פולוניום214גזי תוריום ורדון,כל יום. גלאי בטיחות במפעלי גרעין מופעלים לרוב במהלך היפוך טמפרטורות בגלל פליטות מפעלי פחם סמוכים ... קרינה הייתה חלק מהסביבה שלנו עוד לפני המלחמה הקרה והיא כאן כדי להישאר. אם לצטט את קרל סגן, "מסע בחלל הוא אחד השימושים הטובים ביותר בכלי נשק גרעיניים שאני יכול לחשוב עליהם ..."
ובכל זאת, הנה אנו, עם סיום מוגדר באופק לאספקת "נשק" גרעיני הנחוץ בכדי להניע נסיעות בחלל ...
נכון לעכשיו, נאס"א עומדת בפני דילמה שתביא מנחת קשה לחקירת מערכות שמש חיצוניות בעשור הקרוב. כאמור, מאגרי הפלוטוניום הנוכחיים עומדים על בערך המסקרנות למעבדות המדע של מאדים, שתכיל 4.8 קילוגרם של פלוטוניום דו-חמצני, ואחת משימה גדולה של מערכת סולארית חיצונית ואולי אחרונה. MSL משתמשת בדור חדש MMRTG ("MM" הוא Multi-Mission) שתוכנן על ידי בואינג וייצר 125 וואט עד 14 שנים. אבל ייצור פלוטוניום חדש יהיה קשה. הפעל מחדש של קו האספקה של הפלוטוניום יהיה תהליך ממושך, ואולי יימשך עשור. אלטרנטיבות אחרות מבוססות גרעין אכן קיימות, אך לא ללא עונש גם בפעילות תרמית נמוכה, בתנודתיות, בהוצאה בייצור או בחצי מחצית חיים קצרה.
ההשלכות של גורם זה עלולות להיות עגומות עבור נסיעות שטח מאוישות וגם לא מאוישות למערכת השמש החיצונית. בצירוף מה שמציע סקר העשור האחרון לחקר הכוכבים ב־ 2011, נשמח לראות רבים מאותם שאפתניים "בטלסטאר גלקטיקהמשימות מערכת שמש חיצוניות מתרחשות.
נחתים, מטשטשים ומשולחים תת-קרקעיים באירופה, טיטאן ואנצ'אלדוס יפעלו כולם מחוץ לתחום של השמש ויזדקקו לתחנות כוח גרעיניות אמריקניות כדי לבצע את העבודה ... בניגוד לכך עם החללית האירופאית של סוכנות החלל האירופית, שנחתה על טיטאן לאחר שהיה שוחרר מחללית קאסיני של נאס"א בשנת 2004, שפעלה שעות מועטות על כוח סוללה לפני שנכנע לטמפ '-179.5 מעלות צלזיוס המייצגים יום נעים ונחמד בירח שבתאי.
אז מה לעשות תרבות חולפת חלל? בהחלט, האפשרות "לא לצאת לחלל" אינה כזו שאנו רוצים על השולחן, ועיוות או אור מהיר יותר ממה שגורם לה כל רעש מדע בדיוני גרוע אין בשום מקום בעתיד המיידי. בתפיסה מאוד דעתנית שלי, לנאס"א יש את האפשרויות הבאות:
נצל מקורות RTG אחרים בעונש. כאמור, מקורות גרעיניים אחרים בצורת איזוטופים פלוטוניום, תוריום וקוריום אכן קיימים וניתן לשלבם במערכות RTG; עם זאת, לכולם יש בעיות. לחלקם חיי מחצית חיים שלילי; אחרים משחררים מעט מדי אנרגיה או קרני gamma חודרניות. פלוטוניום238 יש תפוקת אנרגיה גבוהה לאורך אורך חיים ניכר, וניתן להכיל בקלות את פליטות חלקיקי האלפא שלה.
תכנון טכנולוגיות חדשניות.הטכנולוגיה של תאים סולאריים עשתה דרך ארוכה בשנים האחרונות, מה שמאפשר לחקור את מסלולו של צדק עם מספיק שטח איסוף. המרושלרוח והזדמנות חובבי מאדים (שהכילו איזוטופים של קוריום בספקטרומטרים שלהם!) הצליחו לעבור את תאריכי האחריות שלהם בהתאמה באמצעות תאים סולאריים, וחללית ה- Dawn של נאס"א מקיפה כיום את האסטרואיד ווסטה בטכנולוגיית כונן יונים חדשנית.
דחף להפעלה מחדש של ייצור הפלוטוניום. שוב, זה לא כל כך סביר או אפילו ריאלי שזה יעבור בסביבת הכספים הקשה של היום שלאחר המלחמה הקרה. מדינות אחרות, כמו הודו וסין, מחפשות "לעבור גרעין" כדי לשבור את התלות שלהן בנפט, אך ייקח זמן עד שכל פלוטוניום זולג יגיע למשטח השיגור. כמו כן, כורי כוח אינם יצרנים טובים של פו238. ההפקה הייעודית של פו238 דורש כורים שטף נויטרונים גבוהים או כורים "מהירים" מיוחדים המיועדים במיוחד לייצור איזוטופים טרנס-אורניום ...
בהתבסס על מציאות הייצור של חומרים גרעיניים, רמות המימון עבור פו238 הפעל מחדש של הייצור הם קטנים להפליא. על נאס"א לסמוך על ה- DOE על התשתית והידע הנחוצים והפתרונות לבעיה חייבים להתאים למציאות בשתי הסוכנויות.
וזו המציאות העגומה של עולם נטול פלוטוניום חדש ואמיץ העומד מול נאס"א; אולי הפיתרון יבוא כשילוב של חלק או של כל האמור לעיל. העשור הבא יהיה רצוף משבר והזדמנויות ... פלוטוניום מעניק לנו סוג של הסדר פרומתי עם השימוש בו; אנחנו יכולים לבנות כלי נשק ולהרוג את עצמנו עם זה, או שאנחנו יכולים לרשת את הכוכבים.
תודה לדייוויד דיקינסון על השימוש במאמרו המצוין; הקפידו לקרוא את הגרסה המלאה באתר אסטרו גייז שלו כאן (ועיקבו אחרי דיוויד בטוויטר @ astroguyz.) בדקו גם את המאמר הזה של אמילי לקדוואלה, מהאגודה הפלנטרית, כיצד נוצרה יחידת ה- RTG לסקרנות.
"יש אנשים שבאופן לגיטימי מרגישים שזו פשוט לא בעדיפות, שאין מספיק כסף וזו לא הבעיה שלהם. אבל אני חושב שאם תנסו לפסוע אחורה ולהסתכל על היער ולא רק על העצים היחידים, זה אחד הדברים שעזרו לנו לגרום לנו להיות מעצמה טכנולוגית. מה שעשינו עם חקר החלל הרובוטי הוא משהו שאנשים לא רק בארה"ב, אלא ברחבי העולם יכולים להסתכל עליהם. "
- ראלף מקנוט, מדען כוכבי לכת במעבדה לפיזיקה יישומית באוניברסיטת ג'ונס הופקינס (APL)
(אשראי תמונה עליונה © 2011 תיאודור גריי periodictable.com; משמש בהיתר.)
