Laboratorium Sains Mars, diluncurkan tiga hari lalu pada Sabtu pagi, 26 November, saat ini sedang menuju Planet Merah - sebuah perjalanan yang akan memakan waktu hampir sembilan bulan. Ketika tiba di minggu pertama Agustus 2012, MSL akan mulai menyelidiki tanah dan atmosfer di dalam Kawah Gale, mencari petunjuk samar kehidupan masa lalu. Dan tidak seperti rover sebelumnya yang menggunakan energi matahari, MSL akan bertenaga nuklir, menghasilkan energinya melalui peluruhan hampir 8 pon plutonium-238. Ini berpotensi menjaga penjelajah generasi berikutnya berjalan selama bertahun-tahun ... tetapi apa yang akan memicu misi eksplorasi di masa depan sekarang karena NASA mungkin tidak lagi dapat mendanai produksi plutonium?
Pu-238 adalah isotop non-senjata tingkat elemen radioaktif, yang digunakan oleh NASA selama lebih dari 50 tahun untuk bahan bakar pesawat ruang angkasa eksplorasi. Voyager, Galileo, Cassini ... semuanya memiliki generator termoelektrik radioisotop (RTGs) yang menghasilkan daya melalui Pu-238. Tetapi substansi belum diproduksi di AS sejak akhir 1980-an; semua Pu-238 telah diproduksi di Rusia. Tetapi sekarang hanya ada cukup yang tersisa untuk satu atau dua misi lagi dan rencana anggaran 2012 belum membagikan dana bagi Departemen Energi untuk melanjutkan produksi.
Dari mana bahan bakar masa depan akan datang? Bagaimana NASA akan memperkuat jajaran penjelajah robot selanjutnya? (Dan mengapa tidak lebih banyak orang yang khawatir tentang ini?)
Astronom, guru, dan blogger amatir, David Dickinson, menjelaskan tentang teka-teki ini dalam sebuah artikel informatif yang ditulis awal tahun ini. Berikut beberapa kutipan dari jabatannya:
________________
Ketika meninggalkan planet kita yang adil, massa adalah segalanya. Ruang menjadi tempat yang keras, Anda harus membawa hampir semua yang Anda butuhkan, termasuk bahan bakar, bersama Anda. Dan ya, lebih banyak bahan bakar berarti lebih banyak massa, berarti lebih banyak bahan bakar, berarti ... well, Anda mendapatkan idenya. Salah satu cara mengatasi hal ini adalah dengan menggunakan energi matahari yang tersedia untuk pembangkit listrik, tetapi ini hanya bekerja dengan baik di tata surya bagian dalam. Lihatlah panel surya pada pesawat ruang angkasa Juno menuju Jupiter bulan depan ... hal-hal itu harusbesar sekali untuk mengambil keuntungan dari watt surya yang relatif lemah yang tersedia untuk itu ... ini semua karena teman kita hukum kuadrat terbalik yang mengatur semua hal elektromagnetik, termasuk cahaya.
Untuk beroperasi di lingkungandalamruang, Anda membutuhkan sumber daya yang dapat diandalkan. Untuk memperumit masalah, setiap operasi permukaan prospektif di Bulan atau Mars harus dapat memanfaatkan energi untuk operasi jangka panjang tanpa sinar matahari; sebuah pos bulan akan menghadapi malam yang panjangnya sekitar dua minggu di Bumi, misalnya. Untuk tujuan ini, NASA secara historis menggunakan Radioisotope Thermal Generator (RTGs) sebagai "pembangkit listrik" listrik untuk misi ruang angkasa jangka panjang. Ini menyediakan sumber bahan bakar jangka panjang yang ringan, menghasilkan listrik 20-300 watt. Sebagian besar adalah tentang ukuran orang kecil, dan prototipe pertama terbang pada pesawat ruang angkasa Transit-4A & 5BN1 / 2 di awal 60-an. Pesawat ruang angkasa Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo dan Cassini semuanya olahraga Pu238 RTG bertenaga. Pesawat ruang angkasa Viking 1 dan 2 juga memiliki RTG, seperti halnya paket Eksperimen Permukaan Lunar Apollo (ALSEP) jangka panjang yang ditempatkan para astronot Apollo di Bulan. Contoh misi pengembalian ambisius ke planet Pluto bahkan diusulkan pada tahun 2003 yang akan menggunakan mesin nuklir kecil.
Video: seperti apa sebenarnya plutonium?
David melanjutkan dengan menyebutkan bahaya plutonium yang tidak dapat disangkal ...
Plutonium adalahmenjijikan barang. Ini adalah pemancar alpha yang kuat dan logam yang sangat beracun. Jika terhirup, itu mengekspos jaringan paru-paru ke dosis radiasi lokal yang sangat tinggi dengan risiko kanker. Jika tertelan, beberapa bentuk plutonium menumpuk di tulang kita di mana ia dapat merusak mekanisme pembentukan darah tubuh dan menghancurkan kekacauan dengan DNA. NASA secara historis mematok peluang kegagalan peluncuran pesawat ruang angkasa New Horizons pada 350-ke-1 melawan, yang bahkan kemudian tidak perlu memecahkan RTG dan melepaskan 11 kilogram plutonium dioksida yang terkandung ke dalam lingkungan. Pengambilan sampel yang dilakukan di sekitar Pasifik Selatan tempat istirahat Apollo 13 LM yang masuk kembali dari tahap pendakian Modul Lunar, misalnya, menunjukkan bahwa masuknya kembali RTG TIDAK pecah wadah, karena tidak ada kontaminasi plutonium yang pernah ditemukan .
Namun bahaya tenaga nuklir sering menaungi keselamatan relatifnya dan manfaatnya yang tidak salah lagi:
Peristiwa angsa hitam seperti Three Mile Island, Chernobyl dan Fukushima telah berfungsi untuk menjelekkan semua hal nuklir, seperti halnya pandangan bahwa 19thwarga abad memiliki listrik. Tidak masalah bahwa pembangkit listrik tenaga batu bara menempatkan kontaminasi radioaktif ke atmosfer dalam bentuk timbal berkali-kali setara210, polonium214, gas thorium dan radon,setiap hari. Detektor keselamatan di pabrik nuklir sering dipicu selama inversi suhu karena emisi pabrik batubara di dekatnya ... radiasi adalah bagian dari lingkungan kita bahkan sebelum Perang Dingin dan ada di sini untuk tinggal. Mengutip Carl Sagan, "Perjalanan ruang angkasa adalah salah satu penggunaan terbaik senjata nuklir yang dapat saya pikirkan ..."
Namun di sinilah kita, dengan tujuan yang pasti untuk pasokan "senjata" nuklir yang dibutuhkan untuk menggerakkan perjalanan ruang angkasa ...
Saat ini, NASA menghadapi dilema yang akan meredam parah pada eksplorasi tata surya luar dalam dekade mendatang. Seperti yang disebutkan, cadangan plutonium saat ini berdiri di sekitar cukup untuk Curiosity Laboratory Science Mars, yang akan berisi 4,8 kilogram plutonium dioksida, dan satu besar terakhir & dan mungkin satu misi kecil tata surya luar. MSL menggunakan MMRTG generasi baru ("MM" singkatan dari Multi-Mission) yang dirancang oleh Boeing yang akan menghasilkan 125 watt hingga 14 tahun. Tetapi produksi plutonium baru akan sulit. Memulai kembali jalur suplai plutonium akan menjadi proses yang panjang, dan mungkin memakan waktu satu dekade. Alternatif berbasis nuklir lain memang ada, tetapi bukan tanpa penalti baik dalam aktivitas termal yang rendah, volatilitas, biaya produksi, atau waktu paruh pendek.
Implikasi dari faktor ini mungkin suram bagi perjalanan luar angkasa tak berawak dan tak berawak ke tata surya luar. Disandingkan dengan apa yang diusulkan oleh Survei Decadal 2011 untuk Eksplorasi Planetary baru-baru ini, kita akan beruntung melihat banyak dari mereka yang ambisius "Battlestar Galactica“- misi tata surya luar gaya terjadi.
Pendarat, balon udara dan kapal selam di Europa, Titan, dan Enceladus semuanya akan beroperasi dengan baik dari domain Matahari dan akan membutuhkan pembangkit listrik tenaga nuklir untuk menyelesaikan pekerjaan ... kontras dengan penyelidikan Huygens dari Badan Antariksa Eropa, yang mendarat di Titan setelah mendarat dirilis dari pesawat ruang angkasa Cassini NASA pada tahun 2004, yang beroperasi selama beberapa jam pada daya baterai sebelum menyerah pada suhu -179,5 C ° yang mewakili hari yang nyaman di bulan Saturnus.
Jadi, apa yang harus dilakukan peradaban penjelajahan angkasa? Tentu saja, opsi "tidak pergi ke luar angkasa" bukanlah pilihan yang kita inginkan, dan warp atau Faster-Than-Light menggerakkan setiap film film fiksi ilmiah yang buruk tidak ada dalam waktu dekat. Menurut pandangan saya [sangat], NASA memiliki opsi berikut:
Memanfaatkan sumber RTG lainnya dengan penalti. Seperti yang disebutkan sebelumnya, sumber-sumber nuklir lain dalam bentuk isotop Plutonium, Thorium, dan Curium memang ada dan dapat dimasukkan ke dalam RTG; semua memiliki masalah. Beberapa memiliki paruh yang tidak menguntungkan; yang lain melepaskan terlalu sedikit energi atau sinar gamma penetrasi berbahaya. Plutonium238 memiliki output energi tinggi sepanjang rentang hidup yang cukup besar, dan emisi partikel alfa dapat dengan mudah terkandung.
Desain teknologi baru yang inovatif.Teknologi sel surya telah berkembang jauh dalam beberapa tahun terakhir, membuat mungkin penjelajahan ke orbit Jupiter dapat dilakukan dengan area pengumpulan yang cukup. BeraniRoh danKesempatan Mars rover (yang memang mengandung isotop Curium dalam spektrometer mereka!) Berhasil melewati tanggal garansi masing-masing menggunakan sel surya, dan wahana antariksa NASA Fajar saat ini mengorbit asteroid Vesta sports dengan teknologi penggerak ion inovatif.
Dorong untuk memulai kembali produksi plutonium. Sekali lagi, tidak mungkin atau bahkan layak bahwa ini akan terjadi di lingkungan pascaperang yang kekurangan dana saat ini. Negara-negara lain, seperti India dan Cina ingin "pergi nuklir" untuk menghentikan ketergantungan mereka pada minyak, tetapi akan membutuhkan waktu bagi plutonium yang mengalir ke landasan untuk mencapai landasan peluncuran. Juga, reaktor daya bukan produsen Pu yang baik238. Produksi khusus Pu238 membutuhkan reaktor fluks neutron tinggi atau reaktor "cepat" khusus yang dirancang khusus untuk produksi isotop trans-uranium ...
Berdasarkan realitas produksi bahan nuklir, tingkat pendanaan untuk Pu238 memulai kembali produksi sangat kecil. NASA harus mengandalkan DOE untuk infrastruktur dan pengetahuan yang diperlukan dan solusi untuk masalah tersebut harus sesuai dengan kenyataan di kedua lembaga.
Dan itulah realitas suram dari dunia baru bebas plutonium yang berani yang menghadapi NASA; mungkin solusinya akan datang sebagai kombinasi dari beberapa atau semua hal di atas. Dekade berikutnya akan penuh dengan krisis dan peluang ... plutonium memberi kita semacam penawaran dengan penggunaannya; kita bisa membuat senjata dan bunuh diri dengan itu, atau kita bisa mewarisi bintang-bintang.
Terima kasih kepada David Dickinson untuk penggunaan artikelnya yang luar biasa; pastikan untuk membaca versi lengkapnya di situs Astro Guyz-nya di sini (dan ikuti David di Twitter @astroguyz.) Juga lihat artikel ini oleh Emily Lakdawalla dari The Planetary Society tentang bagaimana unit RTG untuk Keingintahuan dibuat.
"Ada beberapa orang yang secara sah merasa ini bukan prioritas, bahwa tidak ada cukup uang dan itu bukan masalah mereka. Tapi saya pikir jika Anda mencoba untuk mundur dan melihat hutan dan bukan hanya pohon individu, ini adalah salah satu hal yang telah membantu mendorong kami untuk menjadi pembangkit tenaga teknologi. Apa yang telah kami lakukan dengan penjelajahan ruang robot adalah sesuatu yang orang tidak hanya bisa di A.S., tetapi di seluruh dunia, dapat memandang ke atas. "
- Ralph McNutt, ilmuwan planet di Laboratorium Fisika Terapan Universitas Johns Hopkins (APL)
(Kredit gambar teratas © 2011 Theodore Grey periodictable.com; digunakan dengan izin.)
