Akhir kekurangan plutonium NASA mungkin sudah kelihatan. Pada hari Isnin 18 Macika, Ketua bahagian sains planet NASA, Jim Green mengumumkan bahawa pengeluaran Plutonium-238 (Pu-238) oleh Jabatan Tenaga Amerika Syarikat (DOE) kini dalam fasa ujian menjelang permulaan pengeluaran skala penuh.
"Pada akhir tahun kalendar, kami akan mempunyai rancangan lengkap dari Jabatan Tenaga mengenai bagaimana mereka dapat memenuhi keperluan kami dari 1.5 hingga 2 kilogram setahun." Green berkata pada usia 44 tahunika Persidangan Sains Bulan dan Planet diadakan di Woodlands, Texas pada Isnin yang lalu.
Berita ini tidak akan sampai lagi. Kami telah menulis sebelumnya mengenai kekurangan Plutonium yang akan datang dan akibatnya untuk penerokaan ruang dalam masa depan. Kuasa suria mencukupi dalam kebanyakan kes semasa anda meneroka sistem solar dalaman, tetapi apabila anda menjelajah di luar tali pinggang asteroid, anda memerlukan tenaga nuklear untuk melakukannya.
Pengeluaran isotop Pu-238 adalah akibat yang baik dari Perang Dingin. Pertama kali dihasilkan oleh Glen Seaborg pada tahun 1940, isotop gred senjata plutonium (-239) dihasilkan melalui pengeboman neptunium (yang sendiri merupakan produk peluruhan uranium-238) dengan neutron. Gunakan isotop sasaran yang sama Neptunium-237 dalam reaktor pantas, dan hasilnya Pu-238. Pu-238 menghasilkan 280x panas peluruhan pada 560 watt sekilogram berbanding senjata kelas Pu-239 dan sangat sesuai sebagai sumber tenaga yang padat untuk penerokaan ruang dalam.
Sejak tahun 1961, lebih dari 26 kapal angkasa A.S. telah dilancarkan membawa Generator Termoelektrik Radioisotop Multi-Mission (MMRTG, atau sebelumnya hanya RTG) sebagai sumber tenaga dan telah menjelajah setiap planet kecuali Mercury. RTG digunakan oleh muatan sains Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) yang ditinggalkan oleh angkasawan di Bulan, dan Cassini, Mars Curiosity dan New Horizons keluar untuk menjelajah Pluto pada bulan Julai 2015 semuanya berkuasa nuklear.
RTG berkuasa Plutonium adalah hanya teknologi yang kita gunakan ketika ini yang dapat melakukan penerokaan ruang dalam. Kapal angkasa Juno NASA akan menjadi yang pertama sampai di Musytari pada tahun 2016 tanpa menggunakan RTG berkuasa nuklear, tetapi ia perlu menggunakan 3 panel solar 2,7 x 8,9 meter yang besar untuk melakukannya.
Masalahnya ialah, pengeluaran plutonium di A.S. berhenti pada tahun 1988 dengan berakhirnya Perang Dingin. Berapa banyak Plutonium-238 NASA dan JAS telah dikelaskan, tetapi telah dikhabarkan bahawa ia paling banyak memiliki satu misi kelas Flag Ship yang besar dan mungkin misi kelas Scout kecil. Tambahan, setelah plutonium-239 kelas senjata dihasilkan, tidak ada pemprosesan semula isotop Pu-238 yang diinginkan. Plutonium yang kini menggerakkan rasa ingin tahu di permukaan Marikh dibeli dari orang Rusia, dan sumber itu berakhir pada tahun 2010. New Horizons dilengkapi dengan MMRTG ganti yang dibina untuk Cassini, yang dilancarkan pada tahun 1999.
Sebagai bonus tambahan, misi bertenaga plutonium juga melebihi jangkaan. Sebagai contoh, kapal angkasa Voyager 1 & 2 mempunyai misi asal selama lima tahun dan kini dijangka akan terus berjalan lancar dalam dekad kelima operasi mereka. Mars Curiosity tidak mengalami masalah "panel suria berdebu" yang menyerang Roh dan Peluang dan dapat beroperasi sepanjang musim sejuk Mars yang panjang. Secara kebetulan, sementara Spirit dan Opportunity tidak menggunakan tenaga nuklear, mereka adakah menggunakan pelet kecil plutonium oksida di sendi mereka agar tetap hangat, serta curium radioaktif untuk menyediakan sumber neutron dalam spektrometernya. Bahkan ada kemungkinan kecerdasan makhluk asing terserempak dengan lima kapal angkasa yang melarikan diri dari sistem suria kita (Pioneer 10 & 11, Voyagers 1 & 2, dan New Horizons) dapat difikirkan tarikh keberangkatan mereka dari Bumi dengan mengukur kerosakan sumber tenaga plutonium mereka. (Pu-238 mempunyai umur paruh 87,7 tahun dan akhirnya membusuk setelah beralih melalui siri isotop anak perempuan yang panjang menjadi timbal-206).
Jalankan pengeluaran Pu-238 pada masa ini akan dilakukan di Makmal Nasional Oak Ridge (ORNL) menggunakan Reaktor Isotop Tinggi Flux (HFIR). Pu-238 "Old" juga dapat dihidupkan kembali dengan menambahkan Pu-238 yang baru dibuat ke dalamnya.
"Untuk setiap 1 kilogram, kami benar-benar menghidupkan semula dua kilogram plutonium yang lebih tua dengan mencampurkannya ... ini adalah bahagian kritikal dari proses kami untuk dapat memanfaatkan bekalan yang ada pada ketumpatan tenaga yang kami mahukan," kata Green kepada perancangan eksplorasi Mars baru-baru ini jawatankuasa.
Namun, sasaran pengeluaran sepenuhnya 1.5 kilogram per tahun mungkin agak lama. Untuk konteksnya, Mars Rover Curiosity menggunakan 4,8 kilogram Pu-238, dan New Horizons mengandung 11 kilogram. Tidak ada misi ke planet luar yang meninggalkan Bumi sejak pelancaran Curiosity pada November 2011, dan misi seterusnya yang mungkin akan menggunakan RTG adalah cadangan Mars 2020. Idea di papan gambar seperti pendaratan tasik Titan dan misi Jupiter Icy Moons semuanya akan bertenaga nuklear.
Bersama dengan pengeluaran plutonium baru, NASA merancang untuk mempunyai dua RTG baru yang dijuluki Advanced Stirling Radioisotope Generators (ASRGs) yang tersedia pada tahun 2016. Walaupun lebih cekap, ASRG mungkin tidak selalu jadilah alat pilihan. Sebagai contoh, Curiosity menggunakan haba sisa MMRTG untuk memastikan instrumen tetap hangat melalui peredaran Freon. Rasa ingin tahu juga terpaksa membuang haba yang dihasilkan oleh penjana 110 watt ketika berada di dalam cangkang aeronya menuju ke Marikh.
Dan tentu saja, ada langkah berjaga-jaga tambahan yang disertakan dengan melancarkan muatan nuklear. Presiden Amerika Syarikat harus menandatangani pelancaran Curiosity dari Florida Space Coast. Pelancaran Cassini, New Horizons, dan Curiosity semuanya menggerakkan penunjuk perasaan, seperti apa yang berkaitan dengan nuklear. Sudahlah bahawa loji tenaga arang batu menghasilkan polonium radioaktif, radon dan torium sebagai produk sampingan yang tidak diingini setiap hari.
Pelancaran yang dinyatakan bukan tanpa bahaya, walaupun dengan risiko yang dapat dikurangkan dan diuruskan. Salah satu kemalangan nuklear yang berkaitan dengan angkasa lepas berlaku pada awal program angkasa AS dengan kehilangan satelit Transit-5BN-3 yang dilengkapi RTG di lepas pantai Madagascar sejurus dilancarkan pada tahun 1964. Dan ketika Apollo 13 terpaksa batalkan dan kembali ke Bumi, para angkasawan diarahkan untuk membuang Aquarius Modul Pendaratan bersama dengan eksperimen sains bertenaga nuklearnya yang dimaksudkan untuk permukaan Bulan di Lautan Pasifik berhampiran pulau Fiji. (Mereka tidak memberitahu anda itu dalam filem) Seseorang tertanya-tanya apakah kos efektif untuk "menghidupkan kembali" RTG ini dari dasar laut untuk misi angkasa akan datang. Pada pelancaran yang dilengkapi dengan nuklear sebelumnya seperti New Horizons, NASA meletakkan kemungkinan "kemalangan pelancaran yang dapat melepaskan plutonium" pada 350 hingga 1 melawan. Walaupun begitu, RTG terlindung "terlalu direkayasa" untuk bertahan dari ledakan dan hentaman dengan air.
Tetapi risikonya bernilai keuntungan dari segi penemuan sistem suria yang baru. Dalam masa depan baru penerokaan angkasa lepas, permulaan pengeluaran plutonium untuk tujuan damai memberi kita harapan. Untuk memartabatkan Carl Sagan, perjalanan angkasa adalah salah satu penggunaan pembelahan nuklear terbaik yang dapat kita fikirkan!
