Akhir dari kekurangan plutonium NASA mungkin terlihat. Pada hari Senin 18 Maretth, Kepala divisi ilmu planet NASA Jim Green mengumumkan bahwa produksi Plutonium-238 (Pu-238) oleh Departemen Energi Amerika Serikat (DOE) saat ini sedang dalam tahap uji coba yang mengarah ke memulai kembali produksi skala penuh.
"Pada akhir tahun kalender, kita akan memiliki rencana lengkap dari Departemen Energi tentang bagaimana mereka akan dapat memenuhi kebutuhan kita 1,5 hingga 2 kilogram setahun." Kata Green di nomor 44th Lunar dan Planetary Science Conference diadakan di Woodlands, Texas, Senin lalu.
Berita ini tidak ada yang datang terlalu cepat. Kami telah menulis sebelumnya tentang kekurangan Plutonium yang akan datang dan konsekuensi yang ditimbulkannya untuk eksplorasi ruang angkasa masa depan. Tenaga surya cukup memadai dalam banyak kasus ketika Anda menjelajahi tata surya bagian dalam, tetapi ketika Anda menjelajah keluar dari sabuk asteroid, Anda memerlukan tenaga nuklir untuk melakukannya.
Produksi isotop Pu-238 adalah konsekuensi yang menguntungkan dari Perang Dingin. Pertama kali diproduksi oleh Glen Seaborg pada tahun 1940, isotop senjata plutonium (-239) diproduksi melalui pengeboman neptunium (yang sendiri merupakan produk peluruhan uranium-238) dengan neutron. Gunakan isotop target yang sama Neptunium-237 dalam reaktor cepat, dan Pu-238 adalah hasilnya. Pu-238 menghasilkan 280x kali panas peluruhan pada 560 watt per kilogram dibandingkan senjata kelas Pu-239 dan sangat ideal sebagai sumber energi kompak untuk eksplorasi ruang angkasa yang dalam.
Sejak 1961, lebih dari 26 pesawat ruang angkasa A.S. telah diluncurkan membawa Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG, atau sebelumnya hanya RTG) sebagai sumber daya dan telah menjelajahi setiap planet kecuali Merkurius. RTG digunakan oleh muatan ilmu percobaan Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) yang ditinggalkan oleh astronot di Bulan, dan Cassini, Mars Curiosity, dan New Horizons yang akan menjelajahi Pluto pada Juli 2015 semuanya bertenaga nuklir.
RTG bertenaga Plutonium adalah hanya teknologi yang kami miliki saat ini digunakan yang dapat melakukan eksplorasi luar angkasa. Pesawat antariksa Juno milik NASA akan menjadi yang pertama mencapai Jupiter pada 2016 tanpa menggunakan RTG bertenaga nuklir, tetapi NASA harus menggunakan 3 panel surya 2,7 x 8,9 meter untuk melakukannya.
Masalahnya adalah, produksi plutonium di AS berhenti pada tahun 1988 dengan berakhirnya Perang Dingin. Berapa banyak Plutonium-238 yang disimpan NASA dan DOE diklasifikasikan, tetapi berspekulasi bahwa ia memiliki paling banyak cukup untuk satu lagi misi kelas Kapal Bendera besar dan mungkin misi kelas Pramuka kecil. Plus, begitu senjata grade plutonium-239 diproduksi, tidak ada pemrosesan ulang isotop Pu-238 yang diinginkan. Plutonium yang saat ini menggerakkan Curiosity di permukaan Mars dibeli dari Rusia, dan sumber itu berakhir pada 2010. New Horizons dilengkapi dengan MMRTG cadangan yang dibangun untuk Cassini, yang diluncurkan pada 1999.
Sebagai bonus tambahan, misi bertenaga plutonium seringkali melebihi harapan juga. Sebagai contoh, pesawat ruang angkasa Voyager 1 & 2 memiliki durasi misi asli selama lima tahun dan sekarang diperkirakan akan terus berlanjut hingga dekade kelima operasi mereka. Keingintahuan Mars tidak menderita dari masalah “panel surya berdebu” yang mengganggu Spirit dan Opportunity dan dapat beroperasi melalui musim dingin Mars yang panjang. Kebetulan, sementara Roh dan Peluang tidak bertenaga nuklir, mereka melakukan gunakan pelet kecil plutonium oksida di persendiannya untuk tetap hangat, juga radioaktif curium untuk menyediakan sumber neutron dalam spektrometernya. Bahkan sangat mungkin bahwa setiap kecerdasan alien tersandung pada lima pesawat ruang angkasa yang melarikan diri dari tata surya kita (Pioneer 10 & 11, Voyagers 1 & 2, dan New Horizons) dapat membayangkan tanggal keberangkatan mereka dari Bumi dengan mengukur pembusukan sumber listrik plutonium mereka. (Pu-238 memiliki waktu paruh 87,7 tahun dan akhirnya meluruh setelah transisi melalui serangkaian panjang isotop anak perempuan menjadi timah-206).
Proses produksi Pu-238 saat ini akan dilakukan di Oak Ridge National Laboratory (ORNL) menggunakan Reaktor Isotop Fluks Tinggi (HFIR). Pu-238 lama juga dapat dihidupkan kembali dengan menambahkan Pu-238 yang baru diproduksi.
"Untuk setiap 1 kilogram, kami benar-benar menghidupkan kembali dua kilogram plutonium yang lebih tua dengan mencampurkannya ... itu adalah bagian penting dari proses kami untuk dapat memanfaatkan pasokan kami yang ada pada kepadatan energi yang kami inginkan," kata Green kepada perencanaan eksplorasi Mars baru-baru ini. komite.
Meski demikian, target produksi penuh 1,5 kilogram per tahun mungkin cuti. Untuk konteks, Mars rover Curiosity menggunakan 4,8 kilogram Pu-238, dan New Horizons berisi 11 kilogram. Tidak ada misi ke planet-planet luar yang telah meninggalkan Bumi sejak peluncuran Curiosity pada November 2011, dan misi berikutnya yang kemungkinan menggunakan RTG adalah bajak Mars 2020 yang diusulkan. Ide-ide di papan gambar seperti pendarat danau Titan dan misi Jupiter Icy Moons semuanya akan bertenaga nuklir.
Seiring dengan produksi plutonium baru, NASA berencana untuk memiliki dua RTG baru yang dijuluki Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRGs) yang tersedia pada 2016. Meskipun lebih efisien, ASRG mungkin tidak selalu menjadi perangkat pilihan. Misalnya, Curiosity menggunakan limbah panas MMRTG untuk menjaga instrumen tetap hangat melalui sirkulasi Freon. Curiosity juga harus melampiaskan limbah panas yang dihasilkan oleh generator 110-watt sementara terkurung dalam cangkang aero-nya menuju Mars.
Dan tentu saja, ada tindakan pencegahan tambahan yang datang dengan meluncurkan muatan nuklir. Presiden Amerika Serikat harus menandatangani pada peluncuran Curiosity dari Florida Space Coast. Peluncuran Cassini, Cakrawala Baru, dan Keingintahuan semua menarik berhamburan pengunjuk rasa, seperti halnya apa pun yang berhubungan dengan nuklir. Tidak masalah bahwa pembangkit listrik tenaga batu bara menghasilkan polonium radioaktif, radon dan thorium sebagai produk sampingan yang tidak diinginkan setiap hari.
Kata peluncuran tidak tanpa bahaya, meskipun dengan risiko yang dapat dikurangi dan dikelola. Salah satu kecelakaan nuklir terkait ruang angkasa yang paling terkenal terjadi pada awal program luar angkasa AS dengan hilangnya satelit Transit-5BN-3 yang dilengkapi RTG di lepas pantai Madagaskar tak lama setelah diluncurkan pada 1964. Dan ketika Apollo 13 harus dibatalkan dan kembali ke Bumi, para astronot diarahkan untuk membuang parit Aquarius Modul Pendaratan bersama dengan percobaan sains bertenaga nuklir yang dimaksudkan untuk permukaan Bulan di Samudra Pasifik dekat pulau Fiji. (Mereka tidak memberi tahu Anda bahwa dalam film) Seseorang bertanya-tanya apakah akan efektif biaya untuk "menghidupkan kembali" RTG ini dari dasar lautan untuk misi ruang angkasa di masa depan. Pada peluncuran yang dilengkapi nuklir sebelumnya seperti New Horizons, NASA menempatkan kemungkinan "kecelakaan peluncuran yang dapat melepaskan plutonium" pada 350-ke-1 melawan Bahkan, RTG berpelindung ini "direkayasa berlebihan" untuk selamat dari ledakan dan dampak dengan air.
Tetapi risikonya sepadan dengan perolehan dalam hal penemuan tata surya baru. Di masa depan yang baru dari eksplorasi ruang angkasa, dimulainya kembali produksi plutonium untuk tujuan damai memberi kita harapan. Mengutip Carl Sagan, perjalanan ruang angkasa adalah salah satu kegunaan terbaik dari fisi nuklir yang dapat kita pikirkan!
