ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ Mars เปิดตัวเมื่อสามวันก่อนในเช้าวันเสาร์ที่ 26 พฤศจิกายนกำลังเดินทางสู่ Red Planet การเดินทางที่ใช้เวลาเกือบเก้าเดือน เมื่อมาถึงสัปดาห์แรกของเดือนสิงหาคม 2555 MSL จะเริ่มสำรวจดินและชั้นบรรยากาศภายใน Gale Crater เพื่อค้นหาคำใบ้ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของชีวิตที่ผ่านมา ซึ่งแตกต่างจากรถแลนด์โรเวอร์ก่อนหน้าที่วิ่งบนพลังงานแสงอาทิตย์ MSL จะเป็นพลังงานนิวเคลียร์ทำให้เกิดพลังงานผ่านการสลายของพลูโทเนียม -238 ปอนด์เกือบ 8 ปอนด์ สิ่งนี้จะทำให้รถแลนด์โรเวอร์รุ่นต่อไปทำงานมานานหลายปี… แต่อะไรจะเป็นเชื้อเพลิงในการสำรวจในอนาคตซึ่งองค์การนาซ่าอาจจะไม่สามารถให้เงินทุนสำหรับการผลิตพลูโทเนียมได้อีกต่อไป?
Pu-238 เป็นไอโซโทปเกรดที่ไม่ใช่อาวุธของธาตุกัมมันตรังสีซึ่งนาซ่าใช้มานานกว่า 50 ปีเพื่อเติมเชื้อเพลิงให้กับยานอวกาศสำรวจ Voyagers, Galileo, Cassini …ทั้งหมดมีเครื่องกำเนิดไอโซโทปรังสีไอโซโทปรังสี (RTG) ที่สร้างพลังงานผ่าน Pu-238 แต่สารนี้ยังไม่ได้ผลิตในสหรัฐอเมริกาตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1980; Pu-238 ทั้งหมดผลิตในรัสเซียแล้ว แต่ตอนนี้เหลือเพียงพอสำหรับภารกิจหนึ่งหรือสองภารกิจเท่านั้นและแผนงบประมาณปี 2555 ยังไม่จัดสรรให้กระทรวงพลังงานเพื่อผลิตต่อไป
เชื้อเพลิงในอนาคตจะมาจากไหน NASA จะให้พลังงานแก่กลุ่มผู้สำรวจหุ่นยนต์ตัวต่อไปอย่างไร (และทำไมคนอื่นถึงไม่สนใจเรื่องนี้อีก)
นักดาราศาสตร์สมัครเล่นครูและนักเขียนบล็อกเดวิดดิกคินสันอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับปริศนานี้ในบทความที่เขียนขึ้นเมื่อต้นปี นี่คือข้อความที่ตัดตอนมาจากโพสต์ของเขา:
________________
เมื่อออกจากโลกที่ยุติธรรมของเรามวลคือทุกสิ่ง พื้นที่เป็นสถานที่ที่โหดร้ายคุณต้องนำเกือบทุกอย่างที่คุณต้องการรวมถึงเชื้อเพลิงด้วย และใช่น้ำมันมากขึ้นหมายถึงมวลมากขึ้นหมายถึงน้ำมันเชื้อเพลิงมากขึ้นหมายถึง ... ดีคุณได้รับความคิด วิธีหนึ่งในการนี้คือการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่สำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า แต่สิ่งนี้ใช้ได้ดีในระบบสุริยจักรวาลด้านในเท่านั้น ดูแผงโซลาร์เซลล์บนยานอวกาศจูโนที่มุ่งหน้าไปยังจูปิเตอร์ในเดือนหน้า…สิ่งเหล่านั้นต้องเป็นใหญ่ เพื่อที่จะใช้ประโยชน์จากวัตต์พลังงานแสงอาทิตย์ที่ค่อนข้างอ่อนแรงที่มีให้ ... นี่คือทั้งหมดที่เป็นเพราะเพื่อนของเรากฎหมายตารางผกผันซึ่งควบคุมทุกสิ่งที่แม่เหล็กไฟฟ้าแสงรวมอยู่ด้วย
เพื่อดำเนินการในสภาพแวดล้อมของลึกพื้นที่คุณต้องการแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้ ในการรวมปัญหาการปฏิบัติการพื้นผิวที่คาดหวังบนดวงจันทร์หรือดาวอังคารจะต้องสามารถใช้พลังงานเป็นระยะเวลานานสำหรับการทำงานที่ไม่มีดวงอาทิตย์ ยกตัวอย่างเช่นด่านหน้าจันทรคติจะต้องเผชิญกับคืนที่มีความยาวประมาณสองสัปดาห์โลก ด้วยเหตุนี้องค์การนาซ่าได้ใช้เครื่องกำเนิดความร้อนจากไอโซโทปรังสี (RTG) ในอดีตเป็น "โรงไฟฟ้า" สำหรับปฏิบัติการอวกาศในระยะยาว สิ่งเหล่านี้ให้แหล่งเชื้อเพลิงที่มีน้ำหนักเบาและระยะยาวผลิตจากไฟฟ้า 20-300 วัตต์ ส่วนใหญ่มีขนาดประมาณคนตัวเล็กและต้นแบบตัวแรกบินอยู่ในยานอวกาศ Transit-4A & 5BN1 / 2 ในช่วงต้นยุค 60 The Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo และ Cassini ยานอวกาศทั้งหมดกีฬา Pu238 ขับเคลื่อน RTG ยานอวกาศไวกิ้งที่ 1 และ 2 มี RTG เช่นเดียวกับการทดลอง Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) ในระยะยาวที่การทดลองของนักบินอวกาศ Apollo วางบนดวงจันทร์ ตัวอย่างภารกิจคืนความทะเยอทะยานไปยังดาวเคราะห์พลูโตได้รับการเสนอแม้แต่ในปี 2546 ที่จะใช้เครื่องยนต์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก
วิดีโอ: พลูโทเนียมชอบอะไร?
เดวิดพูดถึงอันตรายที่ไม่อาจปฏิเสธได้ของพลูโทเนียม ...
พลูโทเนียมคือน่ารังเกียจ สิ่ง มันเป็นตัวปล่อยรังสีอัลฟาที่แข็งแกร่งและโลหะที่เป็นพิษสูง หากสูดดมเข้าไปจะทำให้เนื้อเยื่อปอดถูกฉายรังสีในบริเวณที่มีความเสี่ยงสูงต่อการเป็นมะเร็ง หากกลืนเข้าไปพลูโทเนียมบางรูปแบบจะสะสมอยู่ในกระดูกของเราซึ่งมันสามารถทำลายกลไกการสร้างเลือดของร่างกายและซากปรักหักพังด้วย DNA NASA ได้ตรึงประวัติโอกาสในการส่งยานอวกาศ New Horizons ที่ความล้มเหลวตั้งแต่ 350 ต่อ 1 ซึ่งไม่สามารถทำลาย RTG และปล่อยพลูโทเนียมไดออกไซด์ 11 กิโลกรัมออกสู่สิ่งแวดล้อม การสุ่มตัวอย่างดำเนินการรอบสถานที่พำนักในแปซิฟิกใต้ของอพอลโล 13 LM ดังกล่าวข้างต้นอีกครั้งในการเข้าสู่ขั้นตอนการขึ้นสู่ดวงจันทร์ของโมดูล Lunar Module แสดงให้เห็นว่าการย้อนกลับของ RTG ไม่ทำให้ภาชนะแตก .
แต่อันตรายของพลังงานนิวเคลียร์มักจะบดบังความปลอดภัยและผลประโยชน์ที่ไม่อาจปฏิเสธได้:
เหตุการณ์หงส์ดำเช่นเกาะทรีไมล์เชอร์โนบิลและฟุกุชิมะทำหน้าที่ปิศาจนิวเคลียร์ทุกสิ่งเหมือนมุมมองที่ 19THพลเมืองศตวรรษมีไฟฟ้า ไม่เคยคิดเลยว่าโรงไฟฟ้าถ่านหินจะให้การปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีหลายเท่าในบรรยากาศในรูปแบบของสารตะกั่ว210พอโลเนียม214ทอเรียมและเรดอนก๊าซทุกวัน. เครื่องตรวจจับความปลอดภัยที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มักจะถูกกระตุ้นในช่วงที่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเนื่องจากการปล่อยก๊าซถ่านหินในบริเวณใกล้เคียง…การแผ่รังสีเป็นส่วนหนึ่งของสภาพแวดล้อมของเราก่อนสงครามเย็นและอยู่ที่นี่ ในการอ้างอิงคาร์ลเซแกน“ การเดินทางในอวกาศเป็นหนึ่งในการใช้อาวุธนิวเคลียร์ที่ดีที่สุดที่ฉันนึกได้…”
แต่ที่นี่เรามีจุดสิ้นสุดชัดเจนในการจัดหา "อาวุธ" นิวเคลียร์ที่จำเป็นสำหรับการเดินทางในอวกาศพลังงาน ...
ปัจจุบันองค์การนาซ่าเผชิญกับภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกซึ่งจะสร้างความเสียหายอย่างรุนแรงต่อการสำรวจระบบสุริยะรอบนอกในทศวรรษหน้า พลูโทเนียมในปัจจุบันยังคงมีอยู่เพียงพอสำหรับความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ของดาวอังคารซึ่งจะมีพลูโทเนียมไดออกไซด์ 4.8Kilograms และมีขนาดใหญ่เป็นครั้งสุดท้าย MSL ใช้ MMRTG รุ่นใหม่ (“ MM” ย่อมาจาก Multi-Mission) ออกแบบโดยโบอิ้งที่จะผลิต 125 วัตต์นานถึง 14 ปี แต่การผลิตพลูโทเนียมใหม่อาจเป็นเรื่องยาก การเริ่มต้นใหม่ของสายการผลิตพลูโทเนียมจะเป็นกระบวนการที่ใช้เวลายาวนานและอาจใช้เวลาเป็นทศวรรษ ทางเลือกอื่นที่ใช้นิวเคลียร์มีอยู่จริง แต่ไม่ได้รับโทษทั้งในกิจกรรมความร้อนต่ำความผันผวนค่าใช้จ่ายในการผลิตหรือครึ่งชีวิตสั้น
ผลกระทบของปัจจัยนี้อาจเป็นเรื่องที่น่ากลัวสำหรับทั้งการเดินทางในอวกาศและไร้คนขับไปยังระบบสุริยะนอก วางกับสิ่งที่การสำรวจ Decadal 2011 ล่าสุดสำหรับการสำรวจดาวเคราะห์เสนอเราจะโชคดีที่ได้เห็นหลายคนที่มีความทะเยอทะยาน "Battlestar Galactica” - ภารกิจระบบสุริยะนอกสไตล์
Landers, blimps และ submersibles บน Europa, Titan และ Enceladus จะทำงานได้ดีจากโดเมนของ Sun และจะต้องมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์กล่าวเพื่อให้งานสำเร็จ…ตรงกันข้ามกับโพรบ Huygens ขององค์การอวกาศยุโรปซึ่งลงจอดบน Titan หลังจากถูก ปล่อยออกมาจากยานแคสสินีของนาซ่าในปี 2547 ซึ่งใช้เวลาแบตเตอรีนานหลายชั่วโมงก่อนที่จะถูกปล่อยลงสู่อุณหภูมิ -179.5 C °ซึ่งแสดงถึงวันที่อากาศดีในดวงจันทร์ดาวเสาร์
ดังนั้นอารยธรรมที่รักษาพื้นที่ว่างควรทำอย่างไร แน่นอนว่าตัวเลือก“ ไม่ไปสู่อวกาศ” ไม่ใช่ตัวเลือกที่เราต้องการบนโต๊ะและวิปริตหรือเร็วกว่าแสงทำให้การอ่านนิยายวิทยาศาสตร์ที่ไม่ดีเกิดขึ้นในอนาคตอันใกล้ ในมุมมองที่มีความคิดเห็นสูง [ของฉัน] NASA มีตัวเลือกดังต่อไปนี้:
ใช้ประโยชน์จากแหล่งอื่น ๆ ของ RTG ที่มีการลงโทษ. ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้มีแหล่งพลังงานนิวเคลียร์อื่น ๆ ในรูปแบบของพลูโทเนียม, ทอเรียมและไอโซโทปของคูเรียมที่มีอยู่และอาจรวมเข้ากับ RTG ได้ อย่างไรก็ตามทั้งหมดมีปัญหา บางคนมีครึ่งชีวิตที่ไม่เอื้ออำนวย คนอื่นปล่อยพลังงานน้อยเกินไปหรือรังสีแกมมาที่อันตราย พลูโตเนียม238 มีพลังงานสูงตลอดอายุการใช้งานและการปล่อยอนุภาคอัลฟานั้นสามารถเก็บไว้ได้อย่างง่ายดาย
ออกแบบเทคโนโลยีใหม่ที่เป็นนวัตกรรมเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์มานานในปีที่ผ่านมาอาจทำให้การสำรวจออกไปยังวงโคจรของดาวพฤหัสนั้นมีพื้นที่เก็บสะสมเพียงพอ ความกล้าหาญวิญญาณ และโอกาส ยานโรเวอร์ Mars (ซึ่งมีไอโซโทป Curium ในสเปคโตรมิเตอร์ของพวกเขา) ทำผ่านวันรับประกันของตนโดยใช้เซลล์สุริยะและยานอวกาศ Dawn ของ NASA กำลังโคจรรอบดาวเคราะห์น้อย Vesta กีฬาด้วยเทคโนโลยีไอออนไดรฟ์นวัตกรรม
กดเพื่อเริ่มการผลิตพลูโทเนียมใหม่ อีกครั้งไม่น่าเป็นไปได้หรือเป็นไปได้ว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางการเงินหลังสงครามเย็นในปัจจุบัน ประเทศอื่น ๆ เช่นอินเดียและจีนต่างก็มองหา“ ใช้พลังงานนิวเคลียร์” เพื่อหยุดยั้งการพึ่งพาน้ำมัน แต่ก็ต้องใช้เวลาสักพักกว่าพลูโทเนียมที่หยดลงไปถึงแท่นปล่อยจรวด เครื่องปฏิกรณ์พลังงานไม่ใช่ผู้ผลิต Pu ที่ดี238. การผลิตเฉพาะของ Pu238 ต้องการเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนฟลักซ์สูงหรือเครื่องปฏิกรณ์ "เร็ว" พิเศษที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการผลิตไอโซโทปทรานส์ - ยูเรเนียม ...
ตามความเป็นจริงของการผลิตวัสดุนิวเคลียร์ระดับของเงินทุนสำหรับปู238 รีสตาร์ทการผลิตมีขนาดเล็กน่ากลัว นาซ่าจะต้องพึ่งพา DOE สำหรับโครงสร้างพื้นฐานและความรู้ที่จำเป็นและการแก้ไขปัญหาจะต้องสอดคล้องกับความเป็นจริงภายในหน่วยงานทั้งสอง
และนั่นคือความเป็นจริงที่น่ากลัวของโลกที่ปลอดพลูโตเนียมใหม่ที่เผชิญกับองค์การนาซ่า บางทีการแก้ปัญหาอาจมาจากการรวมกันของบางส่วนหรือทั้งหมดข้างต้น ทศวรรษหน้าจะเต็มไปด้วยวิกฤตและโอกาส ... พลูโทเนียมทำให้เราสามารถต่อรองกับ Promethean ได้ เราสามารถสร้างอาวุธและฆ่าตัวตายด้วยมันหรือเราสามารถสืบทอดดวงดาวได้
ขอบคุณ David Dickinson สำหรับการใช้บทความที่ยอดเยี่ยมของเขา อย่าลืมอ่านเวอร์ชั่นเต็มบนไซต์ Astro Guyz ของเขาที่นี่ (และติดตาม David บน Twitter @ astroguyz) นอกจากนี้ตรวจสอบบทความนี้โดย Emily Lakdawalla จาก The Planetary Society เกี่ยวกับวิธีสร้างหน่วย RTG สำหรับความอยากรู้
“ มีบางคนที่รู้สึกอย่างถูกกฎหมายว่าไม่ใช่เรื่องสำคัญลำดับแรกที่มีเงินไม่พอและไม่ใช่ปัญหาของพวกเขา แต่ฉันคิดว่าถ้าคุณพยายามย้อนกลับไปดูป่าและไม่ใช่แค่ต้นไม้แต่ละต้นนี่เป็นหนึ่งในสิ่งที่ช่วยผลักดันให้เรากลายเป็นโรงไฟฟ้าแห่งเทคโนโลยี สิ่งที่เราทำกับการสำรวจอวกาศของหุ่นยนต์เป็นสิ่งที่ผู้คนไม่เพียง แต่อยู่ในสหรัฐอเมริกา แต่ทั่วโลกสามารถค้นหาได้”
- Ralph McNutt นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ (APL) ของมหาวิทยาลัย Johns Hopkins
(เครดิตรูปภาพยอดนิยม© 2011 Theodore Grey periodictable.com; ใช้เมื่อได้รับอนุญาต)
