Sự kết thúc của sự thiếu hụt plutonium của NASA có thể nằm trong tầm nhìn. Vào thứ hai ngày 18 tháng 3thứ tự, Jim Green, người đứng đầu bộ phận khoa học hành tinh của NASA, tuyên bố rằng việc sản xuất Plutonium-238 (Pu-238) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) hiện đang trong giai đoạn thử nghiệm dẫn đến việc khởi động lại sản xuất quy mô đầy đủ.
Vào cuối năm dương lịch, chúng tôi sẽ có một kế hoạch hoàn chỉnh từ Bộ Năng lượng về cách họ có thể đáp ứng yêu cầu của chúng tôi từ 1,5 đến 2 kg mỗi năm. Green cho biết tại 44thứ tự Hội nghị khoa học âm lịch và hành tinh được tổ chức tại Woodlands, Texas vào thứ hai vừa qua.
Tin tức này không đến quá sớm. Chúng tôi đã viết trước đây về sự thiếu hụt Plutonium sắp xảy ra và hậu quả của nó đối với việc thăm dò không gian sâu trong tương lai. Năng lượng mặt trời là đủ trong hầu hết các trường hợp khi bạn khám phá hệ mặt trời bên trong, nhưng khi bạn mạo hiểm vượt ra ngoài vành đai tiểu hành tinh, bạn cần năng lượng hạt nhân để làm điều đó.
Việc sản xuất đồng vị Pu-238 là kết quả may mắn của Chiến tranh Lạnh. Được sản xuất lần đầu tiên bởi Glen Seaborg vào năm 1940, đồng vị cấp vũ khí của plutonium (-239) được sản xuất thông qua bắn phá neptunium (bản thân nó là sản phẩm phân rã của uranium-238) với neutron. Sử dụng cùng một đồng vị mục tiêu của Neptunium-237 trong lò phản ứng nhanh và kết quả là Pu-238. Pu-238 tạo ra nhiệt lượng phân rã gấp 280 lần ở mức 560 watt / kg so với loại vũ khí Pu-239 và lý tưởng là nguồn năng lượng nhỏ gọn để thám hiểm không gian sâu.
Kể từ năm 1961, hơn 26 tàu vũ trụ của Hoa Kỳ đã được phóng lên mang theo Máy phát điện nhiệt điện vô tuyến đa nhiệm vụ (MMRTG, hay trước đây đơn giản là RTG) làm nguồn năng lượng và đã khám phá mọi hành tinh trừ Sao Thủy. RTG đã được sử dụng bởi các trọng tải khoa học của Gói thí nghiệm bề mặt Apollo (ALSEP) do các phi hành gia trên Mặt trăng để lại, và Cassini, Mars Curiosity và New Horizons tham gia khám phá Sao Diêm Vương vào tháng 7 năm 2015 đều chạy bằng năng lượng hạt nhân.
Các RTG hỗ trợ Plutonium là chỉ có công nghệ mà chúng ta hiện đang sử dụng có thể thực hiện thám hiểm không gian sâu. Tàu vũ trụ NASA Jun Juno sẽ là tàu đầu tiên tiếp cận Sao Mộc vào năm 2016 mà không sử dụng RTG chạy bằng năng lượng hạt nhân, nhưng nó sẽ cần sử dụng 3 tấm pin mặt trời khổng lồ 2,7 x 8,9 mét để làm điều đó.
Vấn đề là, việc sản xuất plutonium ở Hoa Kỳ đã chấm dứt vào năm 1988 với sự kết thúc của Chiến tranh Lạnh. Bao nhiêu Plutonium-238 NASA và DOE đã dự trữ đã được phân loại, nhưng người ta đã suy đoán rằng nó có đủ nhiều nhất cho một nhiệm vụ lớn hơn của Flag Flag và có lẽ là một nhiệm vụ nhỏ của Hướng đạo sinh. Thêm vào đó, một khi plutonium-239 loại vũ khí được sản xuất, ở đó, không có chế biến lại nó, đồng vị Pu-238 mong muốn. Plutonium hiện đang cung cấp năng lượng Curiosity trên bề mặt Sao Hỏa được mua từ người Nga và nguồn đó kết thúc vào năm 2010. New Horizons được trang bị MMRTG dự phòng được chế tạo cho Cassini, được ra mắt vào năm 1999.
Là một phần thưởng bổ sung, các nhiệm vụ được cung cấp plutonium thường cũng vượt quá mong đợi. Ví dụ, tàu vũ trụ Voyager 1 & 2 có thời gian thực hiện nhiệm vụ ban đầu là năm năm và hiện được kỳ vọng sẽ tiếp tục tốt trong thập kỷ hoạt động thứ năm của họ. Mars Curiosity không chịu đựng những vấn đề của các tấm pin mặt trời bụi bặm mà đã làm tổn thương tinh thần và cơ hội và có thể hoạt động trong suốt mùa đông sao Hỏa. Ngẫu nhiên, trong khi các động cơ tinh thần và cơ hội không phải là năng lượng hạt nhân, họ đã làm sử dụng các viên oxit plutonium nhỏ trong các khớp của chúng để giữ ấm, cũng như curium phóng xạ để cung cấp nguồn neutron trong máy quang phổ của chúng. Nó thậm chí hoàn toàn có khả năng rằng bất kỳ trí thông minh ngoài hành tinh nào tình cờ phát hiện ra năm tàu vũ trụ thoát khỏi hệ mặt trời của chúng ta (Pioneer 10 & 11, Voyager 1 & 2 và New Horizons) có thể hình dung được ngày họ rời khỏi Trái đất bằng cách đo lường sự phân rã của nguồn năng lượng plutoni của họ. (Pu-238 có chu kỳ bán rã 87,7 năm và cuối cùng phân rã sau khi chuyển qua một loạt các đồng vị dài của con gái thành chì-206).
Quá trình sản xuất hiện tại của Pu-238 sẽ được thực hiện tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) bằng cách sử dụng Lò phản ứng đồng vị thông lượng cao (HFIR). Bạn cũng có thể hồi sinh bằng cách sử dụng Pu-238 bằng cách thêm Pu-238 mới được sản xuất vào nó.
Cứ sau 1 kg, chúng tôi thực sự hồi sinh hai kg plutoni cũ bằng cách trộn nó. Đây là một phần quan trọng trong quá trình của chúng tôi để có thể sử dụng nguồn cung hiện có của chúng tôi ở mật độ năng lượng mà chúng tôi muốn, ông Green nói với kế hoạch thăm dò sao Hỏa gần đây ủy ban.
Tuy nhiên, sản xuất mục tiêu đầy đủ 1,5 kg mỗi năm có thể là một thời gian nghỉ. Đối với bối cảnh, Curiosity trên sao Hỏa sử dụng 4,8 kg Pu-238 và New Horizons chứa 11 kg. Không có nhiệm vụ nào đến các hành tinh bên ngoài đã rời khỏi Trái đất kể từ khi ra mắt Curiosity vào tháng 11 năm 2011, và nhiệm vụ tiếp theo có khả năng là một RTG là chiếc rover Mars 2020 được đề xuất. Các ý tưởng trên bảng vẽ như tàu đổ bộ hồ Titan và nhiệm vụ Jupiter Icy Moons đều sẽ được cung cấp năng lượng hạt nhân.
Cùng với việc sản xuất plutonium mới, NASA có kế hoạch có hai RTG mới được đặt tên là Máy phát điện đồng vị phóng xạ tiên tiến (ASRG) vào năm 2016. Mặc dù hiệu quả hơn, ASRG có thể không luôn luôn là thiết bị của sự lựa chọn. Ví dụ, Curiosity sử dụng nhiệt thải MMRTG của mình để giữ ấm cho các thiết bị thông qua lưu thông Freon. Sự tò mò cũng phải trút nhiệt thải do máy phát 110 watt tạo ra trong khi được đặt trong vỏ aero trên đường tới Sao Hỏa.
Và tất nhiên, có những biện pháp phòng ngừa bổ sung đi kèm với việc khởi động một trọng tải hạt nhân. Tổng thống Hoa Kỳ đã phải ký vào sự ra mắt của Curiosity từ Florida Space Coast. Sự ra mắt của Cassini, New Horizons và Curiosity đều thu hút sự tán thành của người biểu tình, cũng như mọi thứ liên quan đến hạt nhân. Đừng bận tâm rằng các nhà máy nhiệt điện than sản xuất polonium phóng xạ, radon và thorium như một sản phẩm phụ không mong muốn hàng ngày.
Said ra mắt aren mà không có mối nguy hiểm, mặc dù với những rủi ro có thể được giảm thiểu và quản lý. Một trong những vụ tai nạn hạt nhân khét tiếng nhất liên quan đến không gian đã xảy ra sớm trong chương trình vũ trụ của Hoa Kỳ với việc mất một vệ tinh Transit-5BN-3 được trang bị RTG ngoài khơi bờ biển Madagascar ngay sau khi phóng vào năm 1964. Và khi Apollo 13 phải hủy bỏ và trở về Trái đất, các phi hành gia được hướng dẫn để từ bỏ Bảo Bình Mô-đun hạ cánh cùng với các thí nghiệm khoa học chạy bằng năng lượng hạt nhân của nó có ý nghĩa đối với bề mặt của Mặt trăng ở Thái Bình Dương gần đảo Fiji. (Họ không nói với bạn cái đó trong phim) Người ta tự hỏi liệu nó có hiệu quả về mặt chi phí khi hồi sinh trên máy RTG này từ đáy đại dương cho một nhiệm vụ không gian trong tương lai. Trong các lần phóng được trang bị hạt nhân trước đây như New Horizons, NASA đã đặt cơ hội cho một vụ tai nạn phóng ra có thể giải phóng plutonium ở mức 350 trên 1 so với Ngay cả khi đó, RTG được bảo vệ là máy bay được chế tạo quá mức để sống sót sau vụ nổ và va chạm với nước
Nhưng những rủi ro có giá trị đạt được về những khám phá hệ mặt trời mới. Trong một tương lai mới dũng cảm của thám hiểm không gian, việc khởi động lại sản xuất plutonium cho mục đích hòa bình cho chúng ta hy vọng. Để diễn giải Carl Sagan, du hành không gian là một trong những cách sử dụng phân hạch hạt nhân tốt nhất mà chúng ta có thể nghĩ đến!
