Краят на недостига на плутоний на НАСА може да се види. В понеделник, 18 марттата, Ръководителят на подразделението по планетарна наука на НАСА Джим Грийн обяви, че производството на Плутоний-238 (Pu-238) от Министерството на енергетиката на САЩ (DOE) в момента е в тестовите фази, водещи до рестартиране на производството в пълен мащаб.
„До края на календарната година ще имаме пълен план от Министерството на енергетиката за това как те ще бъдат в състояние да задоволят изискването ни от 1,5 до 2 килограма годишно.“ - каза Грийн на 44-тетата Конференцията за лунната и планетарната наука, която се проведе в Уудландс, Тексас миналия понеделник.
Тази новина не идва твърде скоро. По-рано сме писали за предстоящия недостиг на Плутоний и последиците, които има за бъдещото изследване в дълбоки космоси. Слънчевата енергия е адекватна в повечето случаи, когато изследвате вътрешната слънчева система, но когато излезете извън астероидния пояс, имате нужда от ядрена енергия, за да го направите.
Производството на изотопа Pu-238 беше щастлива последица от Студената война. За първи път произведен от Glen Seaborg през 1940 г., изотопът на плутоний (-239) за оръжие се произвежда чрез бомбардиране на нептуний (който сам по себе си е продукт на разпад на уран-238) с неутрони. Използвайте същия бърз изотоп на Neptunium-237 в бърз реактор и Pu-238 е резултатът. Pu-238 произвежда 280x пъти повече от разпадащата се топлина при 560 вата на килограм спрямо оръжие клас Pu-239 и е идеален като компактен източник на енергия за дълбоко космическо проучване.
От 1961 г. са изстреляни над 26 американски космически кораба, носещи многомисионни радиоизотопни термоелектрически генератори (MMRTG или по-рано просто RTG) като източници на енергия и са изследвали всяка планета, с изключение на Меркурий. RTG бяха използвани от научния пакет на лунните повърхностни експерименти на Apollo (ALSEP), оставен от астронавтите на Луната, а Касини, Марсовото любопитство и Новите хоризонти се насочват към изследване на Плутон през юли 2015 г. са с ядрена енергия.
RTGs, захранвани с плутоний, са тези само технология, която в момента използваме, която може да извърши дълбоко космическо проучване. Космическият апарат Юнона на НАСА ще бъде първият, който ще достигне Юпитер през 2016 г., без да използва RTG с ядрено захранване, но ще трябва да използва 3 огромни слънчеви панела с размер 2,7 х 8,9 метра, за да го направи.
Проблемът е, че производството на плутоний в САЩ прекратява през 1988 г. с края на Студената война. Колко са запасили Плутоний-238 НАСА и DOE, но се спекулира, че разполага с най-много за още една голяма мисия на клас „Флаг кораб“ и може би малка мисия на класа „Скаут“. Плюс това, след като се произведе оръжие клас плутоний-239, няма да го преработваме желания изотоп Pu-238. Плутоният, който понастоящем управлява Curiosity от повърхността на Марс, беше купен от руснаците и този източник приключи през 2010 г. New Horizons е оборудван с резервен MMRTG, който е построен за Cassini, който беше пуснат на пазара през 1999 година.
Като допълнителен бонус мисиите с плутоний често надвишават и очакванията. Например, космическият апарат Voyager 1 и 2 е имал първоначална продължителност на мисията от пет години и сега се очаква да продължат добре в петото си десетилетие на експлоатация. Mars Curiosity не страда от проблемите на "прашните слънчеви панели", които поразиха Духа и Възможността и могат да работят през дългата марсианска зима. Между другото, докато роувърите на Spirit and Opportunity не бяха с ядрено захранване, те Направих използват малки пелети от плутониев оксид в ставите си, за да останат топли, както и радиоактивен куриум за осигуряване на източници на неутрони в техните спектрометри. Дори е напълно възможно всеки извънземен разум да се натъкне на петте космически кораба, избягали от Слънчевата ни система (Pioneer 10 и 11, Voyagers 1 и 2 и New Horizons), може да датира заминаването си от Земята чрез измерване на разпадането на техния източник на енергия на плутоний. (Pu-238 има полуживот 87,7 години и в крайна сметка се разпада след преминаване през дълга серия от дъщерни изотопи в олово-206).
Сегашният производствен цикъл на Pu-238 ще се извърши в Националната лаборатория на Оук Ридж (ORNL), като се използва неговият изотопен реактор с висок поток (HFIR). „Старият“ Pu-238 също може да бъде възстановен, като добавите към него новопроизведен Pu-238.
„За всеки 1 килограм ние наистина съживяваме два килограма от по-стария плутоний чрез смесването му… това е критична част от нашия процес, за да можем да използваме съществуващото си снабдяване с енергийната плътност, която ни се иска“, заяви Грийн за скорошно планиране на проучване на Марс комитет.
Все пак пълното целево производство от 1,5 килограма годишно може да бъде известно време. За контекст, марсоходът Rover Curiosity използва 4,8 килограма Pu-238, а New Horizons съдържа 11 килограма. Никакви мисии до външните планети не са напуснали Земята след изстрелването на Curiosity през ноември 2011 г., а следващата мисия, която вероятно ще сполети RTG, е предлаганият роувър Марс 2020. Идеите на чертожната дъска, като например приземлителят на езерото Титан и мисията на Юпитер Ледени луни, всички ще бъдат с ядрено захранване.
Заедно с новото производство на плутоний, НАСА планира да разполага с два нови RTG, наречени Advanced Stirling Radioisotope Generators (ASRG) до 2016 г. Докато е по-ефективен, ASRG може да не винаги бъде устройството по избор. Например, Curiosity използва своята отпадъчна топлина MMRTG, за да поддържа инструментите топли чрез циркулация на фреон. Любопитството също трябваше да изхвърля отпадъчната топлина, произведена от 110-ватовия генератор, докато се охлаждаше в своята аерографска обвивка към Марс.
И разбира се, има добавените предпазни мерки, които идват с пускането на ядрен полезен товар. Президентът на Съединените щати трябваше да се откаже от старта на Curiosity от космическото крайбрежие на Флорида. Стартирането на Касини, „Нови хоризонти“ и „Любопитство“ доведе до разсейване на протестиращите, както и всичко, свързано с ядрената енергия. Няма значение, че електроцентралите, работещи с въглища, произвеждат радиоактивен полоний, радон и торий като нежелан страничен продукт ежедневно.
Споменатите изстрелвания не са без опасности, макар и с рискове, които могат да бъдат смекчени и управлявани. Една от най-известните ядрени аварии, свързани с космоса, се е случила в началото на космическата програма на САЩ със загубата на RTG-оборудван сателит Transit-5BN-3 край бреговете на Мадагаскар, малко след изстрелването му през 1964 г. И когато Аполон 13 трябваше да прекрати и да се върнат на Земята, астронавтите бяха насочени да изкопаят Водолей Модул за кацане заедно с неговите ядрени научни експерименти, предназначени за повърхността на Луната в Тихия океан близо до остров Фиджи. (Те не ви казват че във филма) Човек се чуди дали би било рентабилно да „възкреси“ този RTG от океанското дъно за бъдеща космическа мисия. На предишни снабдени с ядрени оръжия като New Horizons, НАСА постави шанса за "авария при изстрелване, която може да освободи плутоний" при 350 до 1 срещу Дори тогава, екранираният RTG е "преустроен", за да оцелее след експлозия и удар с водата.
Но рисковете си заслужават печалбата по отношение на новите открития на Слънчевата система. В едно смело ново бъдеще на космическото проучване рестартирането на производството на плутоний за мирни цели ни дава надежда. Ако перифразираме Карл Сагън, космическото пътуване е едно от най-добрите приложения на ядрения делене, за които можем да мислим!
