Mars Science Laboratory, lanzado hace tres días en la mañana del sábado 26 de noviembre, se encuentra actualmente en camino al Planeta Rojo, un viaje que tomará casi nueve meses. Cuando llegue la primera semana de agosto de 2012, MSL comenzará a investigar el suelo y la atmósfera dentro del cráter Gale, buscando los indicios más débiles de vidas pasadas. Y a diferencia de los rovers anteriores que funcionaban con energía solar, el MSL funcionará con energía nuclear, generando su energía a través de la descomposición de casi 8 libras de plutonio-238. Potencialmente, esto mantendrá el rover de próxima generación en funcionamiento durante años ... pero ¿qué alimentará las futuras misiones de exploración ahora que la NASA ya no podrá financiar la producción de plutonio?
Pu-238 es un isótopo del elemento radiactivo sin grado de armamento, utilizado por la NASA durante más de 50 años para alimentar naves espaciales de exploración. Los viajeros, Galileo, Cassini ... todos tenían generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) que generaban energía a través de Pu-238. Pero la sustancia no ha estado en producción en los Estados Unidos desde finales de los años ochenta; Todo el Pu-238 se ha producido desde entonces en Rusia. Pero ahora solo queda suficiente para una o dos misiones más y el plan presupuestario de 2012 aún no asigna fondos para que el Departamento de Energía continúe la producción.
¿De dónde vendrá el combustible futuro? ¿Cómo potenciará la NASA su próxima línea de exploradores robóticos? (¿Y por qué no hay más personas preocupadas por esto?)
El astrónomo aficionado, maestro y blogger David Dickinson entró en detalles sobre este enigma en un artículo informativo escrito a principios de este año. Aquí hay algunos extractos de su publicación:
________________
Al salir de nuestro planeta justo, la masa lo es todo. Dado que el espacio es un lugar difícil, debe llevar casi todo lo que necesita, incluido el combustible. Y sí, más combustible significa más masa, significa más combustible, significa ... bueno, entiendes la idea. Una forma de evitar esto es utilizar la energía solar disponible para la generación de energía, pero esto solo funciona bien en el sistema solar interno. Echa un vistazo a los paneles solares en la nave espacial Juno con destino a Júpiter el próximo mes ... esas cosas tienen que serenorme para aprovechar la potencia solar relativamente débil disponible ... todo esto se debe a nuestro amigo la ley del cuadrado inverso que rige todo lo electromagnético, incluida la luz.
Para operar en los alrededores deprofundoespacio, necesita una fuente de energía confiable. Para agravar los problemas, cualquier posible operación de superficie en la Luna o Marte debe ser capaz de utilizar energía durante largos períodos de operación sin sol; un puesto avanzado lunar enfrentaría noches que duran aproximadamente dos semanas terrestres, por ejemplo. Con este fin, la NASA ha utilizado históricamente los Generadores Térmicos de Radioisótopos (RTG) como una "planta de energía" eléctrica para misiones espaciales a largo plazo. Estos proporcionan una fuente de combustible liviana a largo plazo, que genera de 20 a 300 vatios de electricidad. La mayoría son del tamaño de una persona pequeña, y los primeros prototipos volaron en la nave espacial Transit-4A y 5BN1 / 2 a principios de los años 60. Las naves espaciales Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo y Cassini son todas deportivas.238 RTG accionados. Las naves espaciales Viking 1 y 2 también tenían RTG, al igual que los experimentos a largo plazo del Paquete de Experimentos de Superficie Lunar Apolo (ALSEP) que los astronautas del Apolo colocaron en la Luna. Incluso se propuso una ambiciosa misión de retorno de muestra al planeta Plutón en 2003 que habría utilizado un pequeño motor nuclear.
Video: ¿cómo es realmente el plutonio?
David continúa mencionando los innegables peligros del plutonio ...
El plutonio esasqueroso cosas. Es un emisor alfa fuerte y un metal altamente tóxico. Si se inhala, expone el tejido pulmonar a una dosis de radiación local muy alta con el riesgo de cáncer. Si se ingiere, algunas formas de plutonio se acumulan en nuestros huesos donde pueden dañar el mecanismo de formación de sangre del cuerpo y causar estragos en el ADN. Históricamente, la NASA había establecido la posibilidad de una falla de lanzamiento de la nave espacial New Horizons a 350 contra 1, que incluso entonces no necesariamente rompería el RTG y liberaría los 11 kilogramos de dióxido de plutonio contenidos en el medio ambiente. El muestreo realizado alrededor del lugar de descanso del Pacífico Sur de la mencionada reentrada Apollo 13 LM de la etapa de ascenso del Módulo Lunar, por ejemplo, sugiere que la reentrada del RTG NO rompió el contenedor, ya que nunca se ha encontrado contaminación por plutonio .
Sin embargo, los peligros de la energía nuclear a menudo eclipsan su seguridad relativa y su beneficio inconfundible:
Los eventos del cisne negro como Three Mile Island, Chernobyl y Fukushima han servido para demonizar todas las cosas nucleares, al igual que la opinión de que 19thlos ciudadanos del siglo tenían de electricidad. No importa que las plantas alimentadas con carbón pongan muchas veces el equivalente de la contaminación radiactiva a la atmósfera en forma de plomo.210polonio214, gases de torio y radón,todos los días. Los detectores de seguridad en las plantas nucleares a menudo se activan durante las inversiones de temperatura debido a las emisiones cercanas de la planta de carbón ... la radiación era parte de nuestro entorno incluso antes de la Guerra Fría y llegó para quedarse. Para citar a Carl Sagan, "Los viajes espaciales son uno de los mejores usos de las armas nucleares que se me ocurren ..."
Sin embargo, aquí estamos, con un final definido a la vista para el suministro de "armas" nucleares necesarias para impulsar los viajes espaciales ...
Actualmente, la NASA se enfrenta a un dilema que afectará gravemente la exploración del sistema solar exterior en la próxima década. Como se mencionó, las reservas actuales de plutonio son aproximadamente suficientes para la Curiosidad del Laboratorio de Ciencias de Marte, que contendrá 4.8 kilogramos de dióxido de plutonio, y una última misión grande y quizás una pequeña del sistema solar exterior. MSL utiliza un MMRTG de nueva generación (el "MM" significa Multi-Mission) diseñado por Boeing que producirá 125 vatios por hasta 14 años. Pero la producción de nuevo plutonio sería difícil. El reinicio de la línea de suministro de plutonio sería un proceso largo, y tal vez demore una década. De hecho, existen otras alternativas basadas en la energía nuclear, pero no sin penalización por baja actividad térmica, volatilidad, gasto en producción o vida media corta.
Las implicaciones de este factor pueden ser sombrías tanto para los viajes espaciales tripulados como no tripulados al sistema solar exterior. Yuxtapuesto a lo que propone la reciente Encuesta Decadal de Exploración Planetaria de 2011, tendremos suerte de ver a muchos de esos ambiciosos "Battlestar Galactica"- las misiones de estilo del sistema solar exterior se hacen realidad.
Los landers, dirigibles y sumergibles en Europa, Titán y Encelado funcionarán bien fuera del dominio del Sol y necesitarán dichas plantas de energía nuclear para hacer el trabajo ... contrasta esto con la sonda Huygens de la Agencia Espacial Europea, que aterrizó en Titán después de ser lanzado desde la nave espacial Cassini de la NASA en 2004, que funcionó durante pocas horas con energía de la batería antes de sucumbir a las temperaturas de -179.5 C ° que representan un agradable día templado en la luna de Saturno.
Entonces, ¿qué debe hacer una civilización espacial? Ciertamente, la opción de "no ir al espacio" no es la que queremos sobre la mesa, y warp o Faster-Than-Light impulsa a la última cada película de ciencia ficción que no está en el futuro inmediato. En [mi] punto de vista altamente obstinado, la NASA tiene las siguientes opciones:
Explotar otras fuentes RTG en pena. Como se mencionó anteriormente, existen otras fuentes nucleares en forma de isótopos de plutonio, torio y curio, que podrían incorporarse a los RTG; todos, sin embargo, tienen problemas. Algunos tienen vidas medias desfavorables; otros liberan muy poca energía o rayos gamma penetrantes peligrosos. Plutonio238 tiene una alta producción de energía a lo largo de una vida útil apreciable, y sus emisiones de partículas alfa se pueden contener fácilmente.
Diseñar nuevas tecnologías innovadoras.La tecnología de células solares ha recorrido un largo camino en los últimos años, lo que hace que la exploración a la órbita de Júpiter sea factible con suficiente área de recolección. El valienteEspíritu yOportunidad Los rovers de Marte (¡que sí contenían isótopos de curio en sus espectrómetros!) Lograron superar sus respectivas fechas de garantía utilizando células solares, y la nave espacial Dawn de la NASA que actualmente orbita el asteroide Vesta tiene una tecnología innovadora de accionamiento de iones.
Presione para reiniciar la producción de plutonio. Una vez más, no es tan probable o incluso factible que esto suceda en el entorno actual de la Guerra Fría con dificultades financieras. Otros países, como India y China están buscando "volverse nucleares" para romper su dependencia del petróleo, pero tomaría algún tiempo para que cualquier plutonio goteante llegue a la plataforma de lanzamiento. Además, los reactores de potencia no son buenos productores de Pu238. La producción dedicada de Pu238 requiere reactores de alto flujo de neutrones o reactores especializados "rápidos" diseñados específicamente para la producción de isótopos de transuranio ...
Basado en las realidades de la producción de materiales nucleares, los niveles de financiación para Pu238 El reinicio de la producción es terriblemente pequeño. La NASA debe confiar en el DOE para la infraestructura y el conocimiento necesarios y las soluciones al problema deben ajustarse a las realidades de ambas agencias.
Y esa es la triste realidad de un nuevo mundo valiente y libre de plutonio que enfrenta la NASA; quizás la solución vendrá como una combinación de algunos o todos los anteriores. La próxima década estará llena de crisis y oportunidades ... el plutonio nos da una especie de trato prometeico con su uso; podemos construir armas y matarnos con ella, o podemos heredar las estrellas.
Gracias a David Dickinson por el uso de su excelente artículo; asegúrese de leer la versión completa en su sitio de Astro Guyz aquí (y siga a David en Twitter @astroguyz). Consulte también este artículo de Emily Lakdawalla de The Planetary Society sobre cómo se creó la unidad RTG para Curiosity.
"Hay algunas personas que legítimamente sienten que esto simplemente no es una prioridad, que no hay suficiente dinero y que no es su problema. Pero creo que si intenta dar un paso atrás y mirar el bosque y no solo los árboles individuales, esta es una de las cosas que nos ha ayudado a convertirnos en una potencia tecnológica. Lo que hemos hecho con la exploración espacial robótica es algo que la gente no solo en los Estados Unidos, sino en todo el mundo, puede admirar ".
- Ralph McNutt, científico planetario del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (APL)
(Crédito de la imagen superior © 2011 Theodore Gray periodictable.com; usado con permiso).
