Mars Science Laboratory, yang dilancarkan tiga hari lalu pada pagi Sabtu, 26 November, kini dalam perjalanan ke Planet Merah - sebuah perjalanan yang akan memakan masa hampir sembilan bulan. Apabila tiba minggu pertama bulan Ogos 2012, MSL akan mula menyiasat tanah dan atmosfer di Gale Crater, mencari petunjuk kehidupan masa lalu yang samar-samar. Dan tidak seperti rover sebelumnya yang menggunakan tenaga suria, MSL akan bertenaga nuklear, menghasilkan tenaga melalui peluruhan hampir 8 paun plutonium-238. Ini berpotensi untuk membuat rover generasi seterusnya berjalan selama bertahun-tahun ... tetapi apa yang akan mendorong misi penerokaan masa depan sekarang bahawa NASA mungkin tidak lagi dapat membiayai pengeluaran plutonium?
Pu-238 adalah isotop elemen radioaktif tanpa senjata, yang digunakan oleh NASA selama lebih dari 50 tahun untuk memacu kapal angkasa eksplorasi. Voyagers, Galileo, Cassini ... semuanya mempunyai penjana termoelektrik radioisotop (RTG) yang menghasilkan tenaga melalui Pu-238. Tetapi bahan tersebut belum lagi dihasilkan di AS sejak akhir 1980-an; semua Pu-238 telah dihasilkan di Rusia. Tetapi sekarang hanya tinggal cukup untuk satu atau dua misi lagi dan rancangan belanjawan 2012 belum memperuntukkan dana untuk Jabatan Tenaga untuk meneruskan pengeluaran.
Dari mana bahan bakar masa depan akan datang? Bagaimana NASA akan menggerakkan barisan peneroka robot seterusnya? (Dan mengapa tidak lebih banyak orang mengambil berat tentang ini?)
Ahli astronomi amatur, guru dan blogger David Dickinson telah memperincikan mengenai teka-teki ini dalam artikel bermaklumat yang ditulis awal tahun ini. Berikut adalah beberapa petikan dari catatannya:
________________
Semasa meninggalkan planet kita yang adil, massa adalah segalanya. Ruang sebagai tempat yang keras, anda mesti membawa hampir semua yang anda perlukan, termasuk bahan bakar, bersama anda. Dan ya, lebih banyak bahan bakar bermaksud lebih banyak jisim, lebih banyak bahan bakar, bermaksud ... baik, anda mendapat idea. Salah satu cara untuk mengatasi ini adalah dengan menggunakan tenaga suria yang ada untuk penjanaan tenaga, tetapi ini hanya berfungsi dengan baik di sistem solar dalaman. Lihatlah panel suria di kapal angkasa Juno yang menuju ke Musytari bulan depan ... perkara-perkara itu mesti berlakubesar untuk memanfaatkan watt suria yang agak lemah yang ada padanya ... ini semua kerana rakan kita undang-undang persegi terbalik yang mengatur semua perkara elektromagnetik, termasuk cahaya.
Untuk beroperasi di kawasan sekitardalamruang, anda memerlukan sumber kuasa yang boleh dipercayai. Untuk mengatasi masalah, sebarang kemungkinan operasi permukaan di Bulan atau Marikh mesti dapat menggunakan tenaga untuk operasi yang lama tanpa cahaya matahari; sebuah pos udara akan menghadapi malam yang panjangnya sekitar dua minggu Bumi, misalnya. Untuk tujuan ini, NASA secara historis telah menggunakan Radioisotop Thermal Generators (RTG) sebagai "loji kuasa" elektrik untuk misi angkasa jangka panjang. Ini menyediakan sumber bahan api jangka panjang yang ringan, yang menghasilkan tenaga elektrik 20-300 watt. Sebilangan besar adalah mengenai ukuran orang kecil, dan prototaip pertama terbang di kapal angkasa Transit-4A & 5BN1 / 2 pada awal 60-an. Kapal angkasa Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo dan Cassini semuanya bersukan Pu238 RTG berkuasa. Kapal angkasa Viking 1 dan 2 juga memiliki RTG, begitu juga dengan eksperimen Pakej Permukaan Permukaan Apollo Lunar (ALSEP) jangka panjang yang ditempatkan angkasawan Apollo di Bulan. Misi pengembalian sampel yang ambisius ke planet Pluto bahkan diusulkan pada tahun 2003 yang akan menggunakan mesin nuklear kecil.
Video: apa sebenarnya plutonium?
David terus menyebut bahaya plutonium yang tidak dapat dinafikan ...
Plutonium adalahjahat barang. Ia adalah pemancar alfa yang kuat dan logam yang sangat toksik. Sekiranya dihirup, tisu paru-paru akan terkena dos radiasi tempatan yang sangat tinggi dengan risiko terkena barah. Sekiranya tertelan, beberapa bentuk plutonium terkumpul di tulang kita di mana ia boleh merosakkan mekanisme pembentuk darah tubuh dan merosakkan DNA. NASA secara historis mengumpulkan kemungkinan kegagalan pelancaran kapal angkasa New Horizons pada jarak 350 hingga 1, yang bahkan tidak semestinya akan memecahkan RTG dan melepaskan 11 kilogram plutonium dioksida yang terkandung ke dalam persekitaran. Persampelan yang dilakukan di sekitar tempat peristirahatan Pasifik Selatan dari Apollo 13 LM yang disebutkan semula pada tahap pendakian Modul Lunar, misalnya, menunjukkan bahawa kemasukan semula RTG TIDAK pecah kontena, kerana tidak pernah ada pencemaran plutonium .
Namun bahaya tenaga nuklear sering membayangi keselamatan relatifnya dan faedah yang tidak dapat disangkal:
Kejadian angsa hitam seperti Pulau Three Mile, Chernobyl dan Fukushima telah berfungsi untuk memusnahkan semua perkara nuklear, seperti pandangan bahawa 19ikawarga abad mempunyai elektrik. Tidak perlu diingat bahawa loji pembakaran arang batu sering kali menyebabkan pencemaran radioaktif ke atmosfera dalam bentuk plumbum210, polonium214gas thorium dan radon,setiap hari. Pengesan keselamatan di loji nuklear sering dicetuskan semasa perubahan suhu disebabkan oleh pelepasan loji arang batu yang berdekatan ... radiasi adalah sebahagian dari persekitaran kita bahkan sebelum Perang Dingin dan berada di sini untuk tinggal. Untuk memetik Carl Sagan, "Perjalanan angkasa adalah salah satu penggunaan senjata nuklear terbaik yang dapat saya fikirkan ..."
Namun di sinilah kita berada, dengan tujuan yang pasti untuk penyediaan "senjata" nuklear yang diperlukan untuk menggerakkan perjalanan angkasa ...
Pada masa ini, NASA menghadapi dilema yang akan meletakkan peredam teruk dalam eksplorasi sistem suria luar dalam dekad yang akan datang. Seperti yang telah disebutkan, rizab plutonium yang ada sekarang cukup untuk Penasaran Makmal Sains Mars, yang akan mengandungi 4.8kilogram plutonium dioksida, dan satu misi sistem solar luar yang besar & terakhir. MSL menggunakan MMRTG generasi baru (“MM” bermaksud Multi-Mission) yang direka oleh Boeing yang akan menghasilkan 125 watt hingga 14 tahun. Tetapi pengeluaran plutonium baru akan menjadi sukar. Memulakan semula talian bekalan plutonium akan menjadi proses yang panjang, dan mungkin memerlukan satu dekad. Alternatif berasaskan nuklear lain memang ada, tetapi tidak tanpa penalti sama ada dalam aktiviti terma rendah, turun naik, perbelanjaan dalam pengeluaran, atau jangka hayat yang pendek.
Implikasi dari faktor ini mungkin suram bagi perjalanan angkasa lepas dan tanpa pemandu ke sistem suria luar. Bertentangan dengan apa yang dicadangkan oleh Survei Dekadal 2011 untuk Eksplorasi Planetari baru-baru ini, kita akan beruntung melihat banyak dari mereka yang bercita-cita tinggiBattlestar Galactica"- misi sistem suria luar gaya berlaku.
Pendarat, balon udara dan kapal selam di Europa, Titan, dan Enceladus semuanya akan beroperasi dengan baik di luar wilayah Matahari dan memerlukan kilang tenaga nuklear tersebut untuk menyelesaikan tugasnya ... bezakan ini dengan penyelidikan Huygens dari Badan Angkasa Eropah, yang mendarat di Titan setelah dikeluarkan dari kapal angkasa Cassini NASA pada tahun 2004, yang beroperasi selama berjam-jam dengan tenaga bateri sebelum menyerah pada suhu -179,5 C ° yang mewakili hari yang nyaman di bulan Saturnia.
Oleh itu, apa yang perlu dilakukan oleh tamadun angkasa lepas? Sudah tentu, pilihan "tidak masuk ke ruang angkasa" bukanlah pilihan yang kita mahukan di atas meja, dan warp atau Faster-Than-Light mendorong setiap filem fiksyen ilmiah yang buruk tidak akan ada dalam waktu terdekat. Dalam pandangan [saya] yang sangat berpandangan, NASA mempunyai pilihan berikut:
Mengeksploitasi sumber RTG yang lain semasa penalti. Seperti disebutkan sebelumnya, sumber nuklear lain dalam bentuk isotop Plutonium, Thorium, dan Curium memang ada dan mungkin dapat dimasukkan ke dalam RTG; semua, bagaimanapun, mempunyai masalah. Ada yang mempunyai separuh hayat yang tidak baik; yang lain membebaskan terlalu sedikit tenaga atau sinar gamma yang menembusi berbahaya. Plutonium238 mempunyai output tenaga yang tinggi sepanjang jangka hayat yang cukup tinggi, dan pelepasan zarah alfa dengan mudah dapat dibendung.
Reka teknologi baru yang inovatif.Teknologi sel suria telah berjalan jauh dalam beberapa tahun kebelakangan ini, membuat penjelajahan ke orbit Musytari dapat dilakukan dengan kawasan pengumpulan yang cukup. PemetiknyaSemangat danPeluang Mars rover (yang mengandungi isotop Curium dalam spektrometernya!) Telah melewati tarikh jaminan masing-masing menggunakan sel suria, dan kapal angkasa DASA NASA yang kini mengorbit asteroid Vesta menggunakan teknologi pemacu ion inovatif.
Tekan untuk memulakan semula pengeluaran plutonium. Sekali lagi, ini tidak mungkin atau bahkan mungkin berlaku di persekitaran pasca-Perang Dingin yang terjejas secara kewangan hari ini. Negara-negara lain, seperti India dan China ingin "pergi nuklear" untuk memutuskan pergantungan mereka pada minyak, tetapi memerlukan sedikit masa untuk plutonium yang turun ke landasan pelancaran. Juga, reaktor kuasa bukan pengeluar Pu yang baik238. Pengeluaran khas Pu238 memerlukan reaktor fluks neutron tinggi atau reaktor "pantas" khusus yang direka khas untuk pengeluaran isotop trans-uranium ...
Berdasarkan realiti pengeluaran bahan nuklear tahap pembiayaan untuk Pu238 pengeluaran semula sangat kecil. NASA mesti bergantung pada JAS untuk infrastruktur dan pengetahuan yang diperlukan dan penyelesaian untuk masalah itu mesti sesuai dengan realiti dalam kedua-dua agensi.
Dan itulah realiti suram dunia bebas plutonium yang berani yang menghadapi NASA; mungkin jalan keluarnya adalah gabungan beberapa atau semua perkara di atas. Dekad berikutnya akan penuh dengan krisis dan peluang ... plutonium memberi kita semacam tawar-menawar Promethean dengan penggunaannya; kita boleh membina senjata dan membunuh diri dengan senjata itu, atau kita boleh mewarisi bintang.
Terima kasih kepada David Dickinson kerana menggunakan artikelnya yang sangat baik; pastikan untuk membaca versi lengkap di laman Astro Guyznya di sini (dan ikuti David di Twitter @astroguyz.) Lihat juga artikel ini oleh Emily Lakdawalla dari The Planetary Society mengenai bagaimana unit RTG untuk Curiosity dibuat.
"Ada beberapa orang yang secara sah merasa seperti ini bukanlah keutamaan, bahawa tidak ada cukup wang dan itu bukan masalah mereka. Tetapi saya fikir jika anda cuba mundur dan melihat ke arah hutan dan bukan hanya pokok-pokok, ini adalah salah satu perkara yang telah membantu mendorong kita untuk menjadi pusat teknologi. Apa yang telah kami lakukan dengan penerokaan ruang angkasa robot adalah sesuatu yang dapat dilihat oleh orang bukan sahaja di A.S., tetapi di seluruh dunia. "
- Ralph McNutt, saintis planet di Makmal Fizik Gunaan Universiti Johns Hopkins (APL)
(Kredit gambar teratas © 2011 Theodore Gray periodictable.com; digunakan dengan izin.)
