Kraj NASA-inog nedostatka plutonija može se vidjeti. U ponedjeljak, 18. ožujkath, Šef NASA-inog odjela za planetarne znanosti Jim Green, objavio je da je proizvodnja plutonija-238 (Pu-238) od strane Ministarstva energetike Sjedinjenih Država (DOE) trenutno u testnim fazama što dovodi do ponovnog pokretanja proizvodnje u punoj mjeri.
"Do kraja kalendarske godine imat ćemo kompletan plan Ministarstva energetike o tome kako će oni moći ispuniti naš zahtjev od 1,5 do 2 kilograma godišnje." Rekao je Green u 44. godinith Konferencija o Lunarnoj i planetarnoj znanosti koja se prošlog ponedjeljka održala u Woodlandsu u Teksasu.
Ova vijest nije stigla prerano. Ranije smo pisali o skorom nedostatku plutonija i posljedicama koje to ima za buduća istraživanja dubokog svemira. Solarna snaga je u većini slučajeva primjerena kada istražujete unutarnji sunčev sustav, ali kada odlazite izvan asteroidnog pojasa, za to vam je potrebna nuklearna snaga.
Proizvodnja izotopa Pu-238 bila je sretna posljedica hladnog rata. Prvi put ga je proizveo Glen Seaborg 1940. godine, izotop plutonija (-239) oružja proizveden je bombardiranjem neptunijumom (koji je sam produkt raspada urana-238) neutronima. Upotrijebite isti ciljni izotop Neptunium-237 u brzom reaktoru, a rezultat je Pu-238. Pu-238 proizvodi 280x puta veću toplinu od raspada od 560 vata po kilogramu u odnosu na stupanj oružja Pu-239 i idealan je kao kompaktan izvor energije za istraživanje svemira.
Od 1961. godine lansirano je više od 26 američkih svemirskih letjelica koje su nosile višenamjenske radioizotopske termoelektrične generatore (MMRTG ili ranije RTG-ove) kao izvore energije i istraživale su svaki planet osim Merkura. RTG-ovi su se koristili u pakovanjima znanstvenog paketa Apollo Lunar Surface Experiment (ALSEP) koje su astronauti ostavili na Mjesecu, a Cassini, Mars znatiželja i Novi horizonti usmjereni su na istraživanje Plutona u srpnju 2015. i svi su nuklearni.
RTG-ovi s pogonom na plutonijum su samo tehnologija koju trenutno koristimo može izvesti dubinsko istraživanje svemira. NASA-in svemirski brod Juno prvi će put stići do Jupitera 2016. godine bez korištenja nuklearnog RTG-a, ali za to će trebati zaposliti 3 ogromne solarne ploče veličine 2,7 x 8,9 metara.
Problem je u tome što je proizvodnja plutonija u SAD-u prestala 1988. s krajem hladnog rata. Koliko je zaliha NASA-e i DOE-a na raspolaganju, razvrstano je, ali nagađa se da ima najviše dovoljno za još jednu veliku misiju klase zastave i možda malu izviđačku misiju klase. Osim toga, jednom kada se proizvede plutonij-239 oružja, više ga ne treba preraditi u željeni izotop Pu-238. Pluton koji trenutno pokreće Curiosity preko površine Marsa kupljen je od Rusa, a taj je izvor završio 2010. New Horizons opremljen je rezervnim MMRTG-om koji je sagrađen za Cassini, a lansiran je 1999. godine.
Kao dodatni bonus, misije sa pogonom na plutonij često su i veće od očekivanja. Na primjer, svemirska letjelica Voyager 1 i 2 imala je izvorno trajanje misije pet godina, a sada se očekuje da će nastaviti i u svom petom desetljeću djelovanja. Mars Curiosity ne pati od pitanja "prašnjavih solarnih panela" koji opčinjavaju Duh i priliku i koji mogu djelovati kroz dugu marsovsku zimu. Uzgred, dok roveri Spirit i Opportunity nisu bili nuklearni, oni učinio upotrebljavaju sićušne kuglice plutonijevog oksida u svojim zglobovima da ostanu tople, kao i radioaktivni kurij za osiguravanje izvora neutrona u svojim spektrometarima. Moguće je čak da se bilo koja vanzemaljska inteligencija spotakne na pet svemirskih brodova koji bježe iz našeg Sunčevog sustava (Pioneer 10 i 11, Voyagers 1 i 2 i New Horizons) može datirati datum odlaska sa Zemlje mjerenjem propadanja njihovog izvora energije plutonija. (Pu-238 ima poluživot od 87,7 godina i na kraju propada nakon prelaska kroz dugi niz kćerskih izotopa u olovo-206).
Trenutni proizvodni niz Pu-238 izvest će se u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge (ORNL) koristeći svoj izotopski reaktor visokog fluksa (HFIR). "Stari" Pu-238 se također može oživjeti dodavanjem novoizrađenog Pu-238.
"Za svakih 1 kilogram stvarno oživimo dva kilograma starijeg plutonija miješajući ga ... to je kritični dio našeg procesa da bismo mogli iskoristiti svoju postojeću opskrbu u gustoći energije koju želimo", Green je rekao za nedavno planiranje istraživanja Marsa odbor.
Ipak, potpuna ciljna proizvodnja od 1,5 kilograma godišnje može biti malo slobodna. U kontekstu, Mars rover Curiosity koristi 4,8 kilograma Pu-238, a New Horizons sadrži 11 kilograma. Niti jedna misija na vanjske planete nije napustila Zemlju od pokretanja Curiositya u studenom 2011. godine, a sljedeća misija koja će se vjerojatno predstavljati na RTG-u je predloženi rover Mars 2020. Ideje na ploči za crtanje, poput zemlje Titan Lake Lander i misije Jupiter Icy Moons, sve bi bile nuklearne.
Uz novu proizvodnju plutonija, NASA planira do 2016. dobiti dva nova RTG-a nazvana Advanced Stirling Radioizotope Generators (ASRG). Iako je učinkovitiji, ASRG možda neće stalno biti uređaj izbora. Na primjer, Curiosity koristi svoju otpadnu toplinu MMRTG kako bi instrumente zagrijavao putem freonske cirkulacije. Znatiželja je također morala ispustiti otpadnu toplinu koju je proizveo 110-vatni generator dok se hladila u svojoj zrakoplovnoj školjci do Marsa.
I naravno, tu su i dodatne mjere opreza koje dolaze s pokretanjem nuklearnog korisnog opterećenja. Predsjednik Sjedinjenih Država morao je odustati od pokretanja znatiželje s svemirske obale Floride. Lansiranje Cassinija, New Horizons-a i Curiosity-a sve je privuklo raspršenje prosvjednika, kao i sve što je povezano s nuklearnim silama. Nemajte na umu da elektrane na ugalj proizvode dnevno radioaktivni polonij, radon i torijum kao neželjeni nusproizvod.
Spomenuta lansiranja nisu bez opasnosti, premda s rizicima koji se mogu ublažiti i upravljati. Jedna od najozloglašenijih svemirskih nuklearnih nesreća dogodila se rano u američkom svemirskom programu s gubitkom RTG-ovog satelita Transit-5BN-3 kraj obala Madagaskara ubrzo nakon lansiranja 1964. A kada je Apollo 13 morao prekinuti i vratiti se na Zemlju, astronauti su bili upućeni da iskope Vodenjak Sledeći modul zajedno sa svojim nuklearnim znanstvenim eksperimentima namijenjen je površini Mjeseca u Tihom oceanu blizu otoka Fidžija. (Ne govore vam da u filmu) Čovjek se pita hoće li biti isplativo "uskrsnuti" ovaj RTG s oceanskog dna za buduću svemirsku misiju. Na prethodnim nuklearno lansiranim projektilima, poput New Horizon-a, NASA je postavila šansu za "lansirnu nesreću koja bi mogla pustiti plutonij" na 350-1 protiv Čak i tada, oklopljeni RTG je "prekomjerno projektiran" kako bi preživio eksploziju i udar s vodom.
Ali rizici su vrijedni dobiti s obzirom na nova otkrića Sunčevog sustava. U hrabroj novoj budućnosti istraživanja svemira, ponovno pokretanje proizvodnje plutonija u miroljubive svrhe daje nam nadu. Ako parafraziramo Carla Sagana, svemirska putovanja jedna su od najboljih namjena nuklearne fisije koju možemo razmišljati!
