Marsi missioon võib olla eeskujuks Plutoniumi jõul töötavate kosmoseaparaatide jaoks

Mars Roveri uus missioon

Sellel kunstniku kontseptsioonil on NASA Marsi teaduslabori Curiosity rover, mobiilne robot Marsi mineviku või praeguse võime uurimiseks mikroobide eluks. Curiosity käivitatakse 26. novembril 2011 Punase planeedi poole. (Pildikrediit: NASA/JPL-Caltech)





NASA uusim Marsi kulgur Curiosity on üks kosmoseaparaatide pikas reas, mis saab toiteallikaks plutooniumi. Kuid kuna see kemikaal hakkab kiiresti nappima, võib see teadlaste jaoks olla viimane.

Curiosity on kavas käivitada laupäeval (26. novembril) murrangulisel missioonil Punasele planeedile. Kui autosuurune rover jõuab järgmise aasta augustis Marsi pinnale, saab see toite spetsiaalset tüüpi elemendiga, mida nimetatakse plutoonium-238.

50 aastat on NASA kasutanud plutooniumi-238 mehitamata kosmoseaparaatide kütuseallikana, et uurida planeete ja muid päikesesüsteemi objekte, kuid selle materjali varud on otsakorral.



Ilma selle kütuse täiendavate kauplusteta on agentuuri võime tulevast planeediteadust ohustada. Teadlased väidavad, et USA ei saa seda endale lubada.

'See on nagu auto ja bensiinita autos,' ütles Ralph McNutt, Johns Hopkinsi ülikooli rakendusfüüsika labori planeediteadlane ja NASA Messengeri missiooni Merkuuris projektiteadlane. 'Selle elektrisüsteemi arendamine on toimunud USA -s viie aastakümne jooksul ja me oleme selle kaotamise äärel.'

2009. aastal juhtis McNutt koos riikliku uurimisnõukogu (NRC) komiteega, kes uuris plutooniumi-238 vähenemise küsimust. Komitee uuris NASA ja kongressi palvel, kuidas puudujääk mõjutab tulevasi planeediteaduslikke missioone, ning uuris ka olemasolevaid võimalusi probleemi lahendamiseks. [ Video: uus Mars Rover, mida toetab plutoonium ]



NRC aruanne avaldati 2009. aasta mais ja selles märgiti, et plutoonium-238 on olnud ja on ka edaspidi „USA kosmoseteaduse ja uurimisprogrammi jaoks hädavajalik”. Komitee liikmed soovitasid NASA planeetide teadusprogrammi jätkamiseks ning tulevaste missioonide viivituste või isegi tühistamise vältimiseks materjali kodumaise tootmise taasalustamist.

Tulemuste esitamisel nimetasid McNutt ja tema kolleegid seda 'arvestuspäevaks', sest riik ja tõepoolest maailm jõudsid ohtlikult lähedale plutooniumi-238 ammendumisele.

See oli peaaegu kolm aastat tagasi ja kahjuks pole sellest ajast palju muutunud.



Hõljub serva lähedal

'Sel hetkel oli see väga tõsine ja see on endiselt väga tõsine olukord,' ütles NASA planeetiteaduse asedirektor Jim Adams guesswhozoo.com -ile. 'See on piisavalt suur probleem, et oleme viimase kolme aasta jooksul sellega järjekindlalt tegelenud.'

Plutoonium-238 , mis erineb tuumarelvades kasutatava plutooniumi tüübist, eraldab soojust, mis muundatakse elektrienergiaks. Materjal on olnud eriti kasulik missioonidel, mis sekkuvad välimisse päikesesüsteemi, kus vähest päikesevalgust ei saa päikesepaneelide abil tõhusalt ära kasutada.

Mõned kõige produktiivsemad robot-kosmoseaparaadid on varustatud plutoonium-238-ga, sealhulgas kaks Voyageri sondi, mis käivitati 1977. aastal Jupiteri ja Saturni uurimiseks. Vankumatud sondid töötavad veel tänagi Päikesesüsteemi servas ja on rohkem kui 30 aastat aidanud oluliselt kaasa meie arusaamisele välisplaneetidest. [Meie päikesesüsteem: fotode ringreis planeetidest]

Teiste plutoonium-238-ga töötavate kosmoseaparaatide hulka kuuluvad Jupiteri ümber tiirlenud sond Galileo, praegu Saturni ja selle kuud uuriv kosmoselaev Cassini ning Pluutole teel olev kosmoseaparaat New Horizons.

'Meil poleks 99,9 protsenti oma teadmistest välisplaneetide ja nende süsteemide kohta ilma plutooniumi-238-ta,' ütles McNutt. 'See on lihtsalt tohutu summa, mida poleks saanud teha. Kui me kavatseme jätkata selliseid edusamme, mida kosmosekogukond sooviks teha, ja selliseid edusamme, mida NASA võtab juhtpositsioonil, ei saa me ilma selle toiteallikata hakkama. Ilma selleta on see kõik asjata. '

Kunstnik

Kunstniku kontseptsioon NASA kosmoselaevast Cassini Saturnis.(Pildikrediit: NASA/JPL)

USA energeetikaministeerium (DOE) on NASA-le tarninud alates 1961. aastast kosmoseaparaatide kütusesüsteemidele, mida nimetatakse radioisotoopide termoelektrilisteks generaatoriteks (RTG), plutooniumi-238. Mõnda aega osteti materjali ka Venemaalt, kuid see varustus on sellest ajast saadik ostetud. jõudis tupikusse.

Plutoonium-238 ei ole USAs toodetud alates 1980. aastate lõpust. Materjal on tuumarelvade kõrvalsaadus ja seda toodeti viimati külma sõja ajal, selgitas Washingtonis Smithsoniani riikliku õhu- ja kosmosemuuseumi kosmoseajaloo kuraator Roger Launius.

'Loo moraal on see, et on olemas piiratud arv missioone, mida saab plutooniumi-238 abil toita praeguse varuga,' ütles Launius guesswhozoo.com-ile.

See plutooniumi-238 puudus on teadusringkondades juba mitu aastat tuntud probleem, kuid 2009. aasta NRC aruanne äratas ebaviisakalt, kui kohutav olukord tegelikult on, ütles NASA Pluuto missiooni New Horizons juht Alan Stern ja planeediteadlane Edelauuringute Instituudis.

'Pole liiga palju öelda, et USA tervisliku juhtpositsiooni tulevik 21st-sajandi planeediteadus sõltub plutoonium-238 kättesaadavusest, 'ütles Stern, kes oli aastatel 2007–2008 ka NASA teadusmissiooni direktoraadi kaashaldur.

Tuleviku väljavaated

Täpselt kättesaadav plutoonium-238 kogus pole avalik-energiaministeerium hoiab sellist teavet tavaliselt salajas. Curiosity, tuntud ka kui Marsi teaduslabor, kannab ligi 3,6 kilogrammi radioaktiivset kütust. Pärast seda arvavad teadlased, et plutooniumi-238 on piisavalt veel vaid üheks lipulaevaks.

'Meil on veel üks väljasõit, et uurida ja see on kõik,' ütles Stern. 'See on lihtsalt hull. Olla vastutustundetu, kui oleme võimete otsas nii lähedal. ”

See kunstniku kontseptsioon näitab NASA -d

Sellel kunstniku kontseptsioonil on kujutatud NASA Jupiter Europa Orbiter, millel oleks täiendus 11 instrumendist Europa ja Jupiteri süsteemi uurimiseks. Kosmoseaparaat on osa NASA-ESA Europa Jupiteri süsteemi ühisest missioonist.(Pildikrediit: NASA / ESA)

Selle aasta alguses avaldas riiklik teadusnõukogu oma planeediteaduse kümnendiuuringu, mis esindas üksmeelt laia teadusringkonna järgmise kümne aasta planeediteaduse eesmärkide osas. Kümnendiküsitluse kõrgeimad prioriteedid hõlmasid mitut tagasipöördumismissiooni Marsile ja missiooni uurida Jupiteri jäist kuud Europa.

Hinnanguliselt 4,7 miljardi dollari suurune Europa missioon, mida nimetatakse Jupiter Europa Orbiteriks, nõuaks plutooniumi-238 toitega RTG jõuallikat.

'Praegu on meie laos piisavalt plutooniumi, et rahuldada NASA vajadusi kümnendi lõpul - kuni 2020. aastani,' ütles Adams.

Kuid selleks, et planeerida uurimisülesandeid pärast seda ajavahemikku, tuleb lahendada plutooniumi-238 puudus.

McNutt ütles, et siiani pole ühtegi asendusvõimsussüsteemi, mis oleks sama ohutu, tõhus ja usaldusväärne kui plutooniumi jõul töötavad RTG-d. NASA on läbi viinud uuringuid järgmise põlvkonna süsteemide kohta, mis muudavad suurema osa plutoonium-238 soojusest elektrienergiaks, mis sisuliselt nõuaks vähem materjali ühe missiooni kohta. Kuid neid süsteeme tuleb veel piisavalt testida.

Valikud otsas

McNutt hindab, et plutooniumi-238 tootmise taasalustamine maksaks viie aasta jooksul umbes 50–75 miljonit dollarit. See rahastamisküsimus on tavaliselt olnud koht, kus pooldajad leidsid suurimaid takistusi. Launius, kes kuulus samuti 2009. aasta NRC komisjoni, ütles, et ettepanek plutooniumi-238 tootmise taaskäivitamiseks tekitas kongressis keerulisi eelarveküsimusi.

'DOE oli huvitatud NASA abistamisest ja NASA oli huvitatud sellest,' selgitas Launius. 'Kumbki pool ei suutnud leppida tootmisliini taastamisega ja sellega seotud iga -aastaste kuludega.'

Kuigi NASA oleks peamine tarbija, tegid need kaks agentuuri ettepaneku tootmiskulude jagamiseks.

„[DOE] vastutab riikliku suutlikkuse säilitamise eest, et toetada radioisotoopide toitesüsteemide väljatöötamist, tootmist ja ohutust riikliku julgeoleku ja kosmoseuuringute jaoks, ning on pühendunud selle missiooni saavutamisele,” ütles Alice Caponiti, ütles energeetikaministeerium e -kirjas guesswhozoo.com -ile. 'Administratsiooni eelarve taotlus 12. majandusaastaks pakkus selle töö rahastamiseks välja kulude jagamise kokkuleppe DOE ja NASA vahel.'

Kuid NASA ja DOE jaoks mõeldud vahendid eraldavad kaks eraldi kongressi allkomiteed ning peamised seadusandjad ei ole jõudnud kokkuleppele, mis annaks DOE-le plutooniumi-238 tootmise taasalustamiseks vajaliku rahastamise.

'Ma usun, et energiaministeeriumi kontrollivates kongressikomiteedes on teatud isikud, kes on sellele vastu,' ütles Stern. 'Nad on võimelised veenduma, et seda ei juhtu, ja nad on olnud juba aastaid väga tõhusad. Nüüd peame laskma venelastel meid kosmosejaama viia, me ei saa kuud uurida sellisena, nagu see oli minu poisikesena, ja nüüd võtame ära võime uurida sügavat välist päikesesüsteemi. . See on väga pettumust valmistav ja USA -le kurnav. Inimeste jaoks, kes on selle takistuseks, tuleb neid paljastada. See on ebapatriootlik. '

Kunstnik

Kunstniku kontseptsioon kosmoseaparaadist New Horizons, kui see külastab Pluutot 2015. aastal. Instrumendid kaardistavad Pluuto ja selle kuud, pakkudes üksikasju mitte ainult kääbusplaneedi pinnal, vaid ka selle kuju kohta, mis võib paljastada, kas ookean asub või mitte jää all.(Pildikrediit: NASA/Johns Hopkinsi ülikooli rakendusfüüsika labor/Edela -uurimisinstituut)

Keeruline probleem

McNutti sõnul on selles küsimuses kokkuleppe puudumine tekitanud tõsist pettumust teadlaste seas, kes näevad kaalul planeediteaduse tulevikku.

'Kui saaksin, kirjutaksin 10 miljoni dollari suuruse tšeki,' ütles ta. 'Arvestades seda, millest me räägime, ja arvestades seda, kus me oleme, väljastpoolt vaadates, tundub see tegemata jätmine väga' senti tark, kuid naela rumal 'otsus.'

Veelgi enam, isegi kui materjali tootmist saaks kohe alustada, kuluks aastaid, enne kui uus plutooniumi-238 kauplus on kasutamiseks valmis.

'See pole nagu valguslüliti pööramine,' ütles McNutt. „Plutoonium-238 keetmine võtab teatud aja. Palju peavad toimuma keemilised protsessid ja kõik need asjad võtavad aega. '

Sellegipoolest ütles Caponiti, et DOE töötab selle väärtusliku materjali tootmise taastamiseks, millel on tema sõnul ka riikliku julgeoleku jaoks rakendusi. Kuid jällegi jääb rahastamise küsimus rippuma. [ Top 10 kosmoserelva ]

'Kavandatud tootmismahuga kuni kaks kilogrammi [umbes 4,4 naela] aastas saab sihtmärkide valmistamise ja sihttöötluse teostada olemasolevates rajatistes, mida on seadmete ja tugiteenuste uuendamiseks vajaliku aja jooksul muudetud,' ütles Caponiti. 'Selle tootmistempo saavutamiseks kulub sõltuvalt rahastamisprofiilist umbes kuus kuni seitse aastat.'

Planeediteadlased loodavad, et arusaam sellest, mis on kaalul ja plaan selle probleemiga tegelemiseks, saavutab tõuke seadusandjate seas, kes suudavad probleemi lahendada.

'Tänapäeval on kongressil kivide viskamine lihtne,' ütles McNutt. 'Arvestades aga kõiki väga suuri ja pakilisi probleeme, ei kipu see inimeste tähelepanu köitma. On inimesi, kellele seaduslikult tundub, et see pole lihtsalt prioriteet, et raha ei jätku ja see pole nende probleem. Aga ma arvan, et kui proovite tagasi astuda ja vaadata metsa, mitte ainult üksikuid puid, on see üks asi, mis on aidanud meil saada tehnoloogiliseks jõujaamaks. See, mida me oleme teinud robotite kosmoseuuringutega, on midagi, mida inimesed mitte ainult USA -s, vaid kogu maailmas saavad vaadata. '

Praeguseks on planeediteadlaste kogukonna liikmed võtnud esmatähtsaks sõna saamise ja mitte ainult poliitikute, vaid ka avalikkuse harimise.

'See, mida me 2009. aasta aruandes teha püüdsime, on tõepoolest juhtida tähelepanu sellele, et USA võib selle materjali tootmisest väljuda,' ütles McNutt. 'Tahtsime veenduda, et keegi ei saaks mõne aasta pärast öelda:' Ma ei saanud aru, et see saab olema selline probleem ja et me ei saa lihtsalt üleöö ümber pöörata ja probleemi lahendada. ' Sest me ei saa. '

Saate jälgida guesswhozoo.com personali kirjanikku Denise Chow Twitteris @denisechow . Jälgige guesswhozoo.com -i, et saada viimaseid kosmoseteaduse ja uurimise uudiseid Twitteris @Spacedotcom ja edasi Facebook .