Phòng thí nghiệm Khoa học Sao Hỏa, được ra mắt ba ngày trước vào sáng thứ Bảy, ngày 26 tháng 11, hiện đang trên đường đến Hành tinh Đỏ - một hành trình sẽ mất gần chín tháng. Khi đến vào tuần đầu tiên của tháng 8 năm 2012, MSL sẽ bắt đầu điều tra đất và khí quyển trong miệng núi lửa Gale, tìm kiếm những gợi ý mờ nhạt nhất của kiếp trước. Và không giống như các máy động lực trước đây chạy bằng năng lượng mặt trời, MSL sẽ được cung cấp năng lượng hạt nhân, tạo ra năng lượng của nó thông qua sự phân rã của gần 8 pound plutonium-238. Điều này sẽ có khả năng giữ cho máy bay thế hệ tiếp theo hoạt động trong nhiều năm, nhưng điều gì sẽ thúc đẩy các nhiệm vụ thám hiểm trong tương lai bây giờ khi NASA không còn có thể tài trợ cho việc sản xuất plutonium?
Pu-238 là một đồng vị phi vũ khí của nguyên tố phóng xạ, được NASA sử dụng trong hơn 50 năm để chế tạo tàu vũ trụ thăm dò. Voyager, Galileo, Cassini, tất cả đều có máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG) tạo ra năng lượng thông qua Pu-238. Nhưng chất này không được sản xuất ở Mỹ kể từ cuối những năm 1980; tất cả Pu-238 đã được sản xuất tại Nga. Nhưng giờ đây, chỉ còn lại đủ cho một hoặc hai nhiệm vụ nữa và kế hoạch ngân sách năm 2012 vẫn chưa phân bổ tài trợ cho Bộ Năng lượng để tiếp tục sản xuất.
Nhiên liệu trong tương lai sẽ đến từ đâu? NASA sẽ cung cấp năng lượng cho các nhà thám hiểm robot tiếp theo như thế nào? (Và tại sao aren nhiều người quan tâm đến điều này?)
Nhà thiên văn học nghiệp dư, giáo viên và blogger David Dickinson đã đi sâu vào chi tiết về câu hỏi hóc búa này trong một bài viết thông tin được viết vào đầu năm nay. Dưới đây là một số trích đoạn từ bài viết của anh ấy:
________________
Khi rời khỏi hành tinh công bằng của chúng ta, khối lượng là tất cả. Không gian là một nơi khắc nghiệt, bạn phải mang theo gần như mọi thứ bạn cần, bao gồm cả nhiên liệu, bên mình. Và vâng, nhiều nhiên liệu hơn có nghĩa là khối lượng lớn hơn, có nghĩa là nhiều nhiên liệu hơn, có nghĩa là tốt, bạn hiểu ý. Một cách khác là sử dụng năng lượng mặt trời có sẵn để phát điện, nhưng điều này chỉ hoạt động tốt trong hệ mặt trời bên trong. Hãy nhìn vào các tấm pin mặt trời trên tàu vũ trụ Juno bị ràng buộc cho Sao Mộc vào tháng tới, những thứ đó phải làkhổng lồ để tận dụng lợi thế của năng lượng mặt trời tương đối yếu có sẵn cho nó, tất cả chỉ vì người bạn của chúng ta, luật bình phương nghịch đảo chi phối tất cả mọi thứ điện từ, bao gồm ánh sáng.
Để hoạt động trong môi trường củasâukhông gian, bạn cần một nguồn năng lượng đáng tin cậy. Đối với các vấn đề phức tạp, bất kỳ hoạt động bề mặt tiềm năng nào trên Mặt trăng hoặc Sao Hỏa đều phải có khả năng sử dụng năng lượng trong thời gian dài hoạt động không có mặt trời; một tiền đồn mặt trăng sẽ phải đối mặt với những đêm dài khoảng hai tuần Trái đất. Để đạt được điều này, NASA trong lịch sử đã sử dụng Máy phát nhiệt Radioisotope (RTGs) như một nhà máy điện điện cơ điện tử cho các nhiệm vụ không gian dài hạn. Những nguồn này cung cấp nguồn nhiên liệu nhẹ, dài hạn, tạo ra từ 20-300 watt điện. Hầu hết đều có kích thước của một người nhỏ, và các nguyên mẫu đầu tiên đã bay trên tàu vũ trụ Transit-4A & 5BN1 / 2 vào đầu 60 hồi. Tàu vũ trụ Tiên phong, Voyager, New Horizons, Galileo và Cassini đều có thể thao Pu238 RTG cung cấp năng lượng. Tàu vũ trụ Viking 1 và 2 cũng có RTG, cũng như các thí nghiệm Gói mặt trăng Apollo (ALSEP) dài hạn mà các phi hành gia Apollo đặt trên Mặt trăng. Một sứ mệnh hoàn trả mẫu đầy tham vọng đến hành tinh Sao Diêm Vương thậm chí còn được đề xuất vào năm 2003 sẽ sử dụng một động cơ hạt nhân nhỏ.
Video: plutonium thực sự như thế nào?
David tiếp tục đề cập đến những nguy hiểm không thể phủ nhận của plutonium
Plutoni làbẩn thỉu đồ đạc. Nó là một chất phát alpha mạnh và một kim loại có độc tính cao. Nếu hít phải, nó làm lộ mô phổi với liều phóng xạ cục bộ rất cao với nguy cơ mắc ung thư. Nếu ăn vào, một số dạng plutonium tích tụ trong xương của chúng ta, nơi nó có thể phá hủy cơ chế tạo máu của cơ thể và phá hủy DNA. NASA trong lịch sử đã xác định được cơ hội thất bại của tàu vũ trụ New Horizons ở mức 350-1, mà thậm chí sau đó sẽ nhất thiết phải phá vỡ RTG và giải phóng 11 kg plutonium dioxide vào môi trường. Lấy mẫu được tiến hành xung quanh nơi an nghỉ Nam Thái Bình Dương của Apollo 13 LM đã nói ở trên về giai đoạn đi lên của Mô-đun Mặt trăng, ví dụ, cho thấy rằng sự tái lập của RTG KHÔNG làm vỡ container, vì không có ô nhiễm plutonium nào được tìm thấy .
Tuy nhiên, sự nguy hiểm của năng lượng hạt nhân thường làm lu mờ sự an toàn tương đối và lợi ích không thể nhầm lẫn của nó:
Các sự kiện thiên nga đen như Đảo Three Mile, Chernobyl và Fukushima đã phục vụ để ma quỷ hóa mọi thứ hạt nhân, giống như quan điểm rằng 19thứ tựcông dân thế kỷ đã có điện. Đừng bận tâm rằng các nhà máy đốt than đặt nhiều lần tương đương với ô nhiễm phóng xạ vào khí quyển dưới dạng chì210, polonium214, khí thorium và radon,Hằng ngày. Các máy dò an toàn tại các nhà máy hạt nhân thường được kích hoạt trong quá trình đảo ngược nhiệt độ do phát thải của nhà máy than gần đó Bức xạ là một phần của môi trường của chúng ta ngay cả trước Chiến tranh Lạnh và vẫn ở đây. Để nói về Carl Sagan, du hành vũ trụ là một trong những cách sử dụng vũ khí hạt nhân tốt nhất mà tôi có thể nghĩ đến
Tuy nhiên, chúng ta đang ở đây, với một kết thúc chắc chắn trong tầm nhìn đối với việc cung cấp vũ khí hạt nhân, cần thiết để cung cấp năng lượng cho không gian du lịch
Hiện tại, NASA phải đối mặt với một vấn đề nan giải sẽ đặt một bộ giảm xóc nghiêm trọng vào hoạt động thăm dò hệ mặt trời bên ngoài trong thập kỷ tới. Như đã đề cập, trữ lượng plutonium hiện tại chỉ đủ cho sự tò mò của Phòng thí nghiệm Khoa học Sao Hỏa, trong đó sẽ chứa 4,8 nghìn lít plutonium dioxide, và một nhiệm vụ lớn nhất và có lẽ là một hệ mặt trời nhỏ cuối cùng. MSL sử dụng MMRTG thế hệ mới (MM MM là viết tắt của Multi-Mission) được thiết kế bởi Boeing sẽ sản xuất 125 watt trong thời gian tối đa 14 năm. Nhưng việc sản xuất plutonium mới sẽ khó khăn. Khởi động lại dây chuyền cung cấp plutonium sẽ là một quá trình dài và có lẽ mất một thập kỷ. Các lựa chọn thay thế dựa trên hạt nhân khác thực sự tồn tại, nhưng không phải là không có hình phạt trong hoạt động nhiệt thấp, biến động, chi phí trong sản xuất hoặc thời gian bán hủy ngắn.
Những tác động của yếu tố này có thể là nghiệt ngã đối với cả du hành vũ trụ có người lái và không người lái đến hệ mặt trời bên ngoài. Được bổ sung vào những gì mà Cuộc khảo sát thập phân 2011 về khám phá hành tinh gần đây đề xuất, chúng tôi sẽ rất may mắn khi thấy nhiều người tham vọngBattlestar GalacticaNhiệm vụ hệ thống năng lượng mặt trời bên ngoài của cộng đồng đi qua.
Tàu đổ bộ, tàu lượn và tàu chìm trên Europa, Titan và Enceladus đều sẽ hoạt động tốt ngoài lãnh thổ của Mặt trời và sẽ cần các nhà máy điện hạt nhân cho biết để hoàn thành công việc tương phản với tàu thăm dò Huygens của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, đã đáp xuống Titan sau khi được phát hành từ tàu vũ trụ Cassini của NASA vào năm 2004, hoạt động trong nhiều giờ với năng lượng pin trước khi chịu khuất phục ở nhiệt độ -179,5 C ° đại diện cho một ngày đẹp trời trên mặt trăng Saturnian.
Vì vậy, những gì một nền văn minh không gian để làm gì? Chắc chắn, tùy chọn không đi vào không gian, không phải là tùy chọn mà chúng ta muốn trên bàn, và warp hoặc Faster-Than-Light điều khiển mọi tác phẩm khoa học viễn tưởng tồi tệ sẽ không xuất hiện trong tương lai trước mắt. Theo quan điểm rất quan tâm của tôi, NASA có các tùy chọn sau:
Khai thác các nguồn RTG khác ở hình phạt. Như đã đề cập trước đây, các nguồn hạt nhân khác dưới dạng đồng vị Plutonium, Thorium và Curium tồn tại và có thể được kết hợp một cách có thể hiểu được vào RTG; tất cả, tuy nhiên, có vấn đề. Một số có nửa cuộc sống không thuận lợi; những người khác giải phóng quá ít năng lượng hoặc tia gamma xuyên thấu nguy hiểm. Plutoni238 có sản lượng năng lượng cao trong suốt vòng đời đáng kể và có thể dễ dàng phát thải hạt alpha.
Thiết kế công nghệ mới sáng tạo.Công nghệ pin mặt trời đã đi một chặng đường dài trong những năm gần đây, khiến cho việc khám phá quỹ đạo của Sao Mộc có thể thực hiện được với diện tích thu thập đủ. Người may mắnThần vàDịp tốt Các máy bay sao Hỏa (có chứa đồng vị Curium trong máy quang phổ của chúng!) Đã vượt qua thời gian bảo hành tương ứng bằng pin mặt trời và tàu vũ trụ NASA Dawn Dawn hiện đang quay quanh tiểu hành tinh Vesta có công nghệ lái ion sáng tạo.
Đẩy để khởi động lại sản xuất plutonium. Một lần nữa, điều đó không có khả năng hoặc thậm chí không khả thi khi điều này sẽ xảy ra trong môi trường ngày nay sau khi bị căng thẳng về tài chính. Các quốc gia khác, chẳng hạn như Ấn Độ và Trung Quốc đang tìm cách đi hạt nhân, để phá vỡ sự phụ thuộc vào dầu mỏ, nhưng sẽ mất một thời gian để bất kỳ plutonium nhỏ giọt nào chạm tới bệ phóng. Ngoài ra, lò phản ứng điện không phải là nhà sản xuất tốt của Pu238. Sản xuất chuyên dụng của Pu238 đòi hỏi hoặc các lò phản ứng thông lượng neutron cao hoặc các lò phản ứng nhanh chuyên dụng và được thiết kế đặc biệt để sản xuất các đồng vị trans-uranium
Dựa trên thực tế sản xuất vật liệu hạt nhân, mức tài trợ cho Pu238 khởi động lại sản xuất là nhỏ đáng sợ. NASA phải dựa vào DOE về cơ sở hạ tầng và kiến thức cần thiết và các giải pháp cho vấn đề phải phù hợp với thực tế trong cả hai cơ quan.
Và đó là sự thật phũ phàng về một thế giới không có plutoni mới dũng cảm đối mặt với NASA; có lẽ giải pháp sẽ đến như một sự kết hợp của một số hoặc tất cả các bên trên. Thập kỷ tiếp theo sẽ đầy khủng hoảng và cơ hội, plutonium cơ hội cho chúng ta một loại món hời Promethean với việc sử dụng nó; chúng ta có thể chế tạo vũ khí và tự sát bằng nó, hoặc chúng ta có thể thừa hưởng các ngôi sao.
Cảm ơn David Dickinson vì đã sử dụng bài viết xuất sắc của mình; hãy chắc chắn đọc phiên bản đầy đủ trên trang Astro Guyz của anh ấy tại đây (và theo dõi David trên Twitter @astroguyz.)
Có một số người hợp pháp cảm thấy như thế này đơn giản không phải là một ưu tiên, rằng có một số tiền không đủ và nó không phải là vấn đề của họ. Nhưng tôi nghĩ nếu bạn cố gắng lùi lại và nhìn vào khu rừng và không chỉ từng cây, đây là một trong những điều giúp chúng tôi trở thành một cường quốc công nghệ. Những gì chúng tôi đã làm với thám hiểm không gian robot là điều mà mọi người không chỉ ở Hoa Kỳ, mà trên khắp thế giới, có thể tìm đến.
- Ralph McNutt, nhà khoa học hành tinh tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng (APL) của Đại học Johns Hopkins
(Tín dụng hình ảnh hàng đầu © 2011 Theodore Grey periodictable.com; được sử dụng với sự cho phép.)
