Astronautika: misije

30. novembar. 2009.

Radioizotopi: američki imperativ u borbi za vodeću poziciju u istraživanju svemira

Već skoro 50 godina Amerikanci se bore za vodeću ulogu u svetu u naučnom istraživanju svemira. Američki kosmički brodovi i sateliti kružili su oko Zemlje, sletali na Mesec i Mars, posetili svetove Jupitera, Saturna i Urana, i putovali prostranstvima iza Plutona i van ekliptike. Sve te letilice su na Zemlju slale fotografije i podatke koji su iz korena promenili fond ljudskog znanja i otvorili mnoga pitanja na koja se tek čekaju odgovori.

Letilice su bile različite, ali jedno im je uvek bilo zajedničko - svima je trebala električna energija. Ta energija je morala biti dostupna i u udaljenim predelima solarnog sistema, tamo gde je Sunčeva energija preslaba za solarne baterije. Morala je biti dostupna tokom lunarnih noći koja traju bezmalo 14 dana, tokom dugog prerioda mraka i hladnoće na većim areografskim širinama na Marsu, ili u poljima snažnog zračenja kakvo vlada oko Jupitera. Radioizotopski energetski sistemi[1] (RPS) predstavljaju jedini dostupni izvor energije koji neometano može da radi u tim uslovima dovoljno dugo da isprati čitavu misiju, a plutonium-238 (238Pu) je jedini praktični izotop (radionuclid) koji može da posluži kao gorivo za njih. Uspeh istorijskih misija kakve su bile „Viking" i „Voyager", a danas „Cassinija" i „New Horizonsa", jasno pokazuju da su RPS - i dovoljne rezerve 238Pu - bile, jesu, i biće od krucijalne važnosti za američku kosmonautiku i buduće istraživačke programe.

Od svih RPS, danas su jedino dostupni radioizotopski termoelektrični generatori energije poznati pod nazivom Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generators (MMRTG). Oni uz pomoć termoelektričnih baterija pretvaraju termičku energiju koju stvara proces prirodnog radioaktivnog raspadanja 238Pu u električnu. To je dokazana, visoko pouzdana tehnologija[2] bez pokretnih delova.

Danas je nova generacija RPS, Stirlingov napredni radioizotopski generator (Advanced Stirling Radioisotope Generator, ASRG), još uvek u fazi razvoja. ASRG će da koristi Stirlingov motor (sa pokretnim delovima) radi konvertovanja termičke u električnu energiju. Konvertori Stirlingovog motora biće znatno efikasniji od termoelektričnih baterija[3], što znači da će proizvoditi više struje nego MMRTG, iako će zahtevati samo četvrtinu količine 238Pu. Sve to će tek biti potvrđeno kada proizvodnja visokokvalitetnih ASRG bude kompletna.

Problem

Radioaktivni izotop plutonijum-238 se ne nalazi u prirodi. Za razliku od 239Pu, nije koristan za proizvodnju nuklearnog oružja. Plutonijum-238 je bio u većim količinama proizvođen jedino za potrebe punjenja RPS. U prošlosti, Amerika je imala stabilnu proizvodnju ovog izotopa, koji se dobijao u postrojenjima koja su podržavala njihov program nuklearnog naoružavanja. Problem je počeo da se javlja kada je krajem osamdesetih američko Ministarstvo za energetiku (DoE) odlučilo da ugasi ta postrojenja, presekavši time proizvodnju 238Pu. Nakon toga, američki svemirski program je morao da se osloni jedino na postojeće rezerve ovog izotopa, povremeno ga dokupljujući od Rusa. Međutim, ukoro su i ruska postrojenja koja proizvode 238Pu počela da se gase, i DoE je dobila poslednju isporuku iz Rusije. Izgleda da više niko u svetu ne proizvodi 238Pu (niti ima postrojenja za to). Ukupna količina 238Pu u Nasi je fiksirana, i praktično sva količina je već rasparčana za podršku nekoliko misija čiji razvoj je trenutno u toku - „Mars Science Laboratory" (MSL), „Discovery №12[4]", „Outer Planets Flagship 1[5]" (OPF-1), i (možda) na mali broj drugih misija kojima će trebati vrlo malo 238Pu. Ako sve ostane kako je danas, Amerika uskoro neće imati mogućnosti da obezbedi struju (RPS) ni za jednu svoju narednu misiju.[6]

Oživljavanje domaće proizvodnje 238Pu bi bilo skupo; koštalo bi preko $150 miliona. Prethodni predlozi da se ova investicija započne nisu prošli, a čini se da je cena najveća prepreka. Međutim, bez obzira na razloge odbijanja, dan za obračun je došao. Nasa je već donela odluku o otkazu nekih kosmičkih misija, zasnovanu isključivo na ograničenoj količini 238Pu. Time što je u nekim projektima eliminisala RPS kao opciju, a neke misije čak i otkazala dok se ne reši pitanje snabdevanja 238Pu, Nasa je ubrzala druge misije koje će biti pokretane generatorima RPS. Gorivo nabavljeno u Rusiji ili nekoj drugoj stranoj zemlji nije najzgodnije rešenje, jer Amerika smatra da se time, između ostalog, narušava i njena nacionalna bezbednost. Srećom, naziru se dve realne mogućnosti da se ipak obnovi proizvodnja 238Pu u SAD. U oba slučaja biće iskorišćeni postojeći reaktori DoE, postrojenja pri Nacionalnoj laboratoriji u Idahou i Nacionalnoj laboratoriji u Oak Ridgeu, uz minimalne modifikacije, ali ipak uz velike kapitalne investicije za razvojna postrojenja. Ovo je ipak najbolja opcija ako se gleda u smislu troškova, rokova, i rizika, jer će sveža proizvodnja 238Pu na vreme ublažiti prekid u Nasinom svemirskom istraživanju i misijama pokretanim RPS.

Američka dilema

Kada su 1988. godine američka vojna nuklearna postrojenja povučena iz upotrebe, Amerika je izgubila mogućnost da proizvodi 238Pu (sem vrlo malih količina za naučna istraživanja). Značajni troškovi održavanja tih objekata nisu mogli da se opravdaju proizvodnjom izotopa 238Pu, naročito obzirom na poprilične zalihe 238Pu koje su postojale u to vreme. One su bile dovoljne za sve misije pokretane radioizotopskim sistemom (RPS) lansirane tokom devedesetih i početkom dvehiljaditih[7]. Međutim, da bi nekako dopunila sve tanje rezerve 238Pu, Ministarstvo energetike (DoE) je 1992. napravilo ugovor sa Rusima o kupovini ovog strateškog materijala i do danas je kupila oko 20 kg. Ostale su još 3 porudžbe za ukupno nešto manje od 20 kg.[8]

Koliko stvarno treba Nasi?

29. aprila 2008. godine, tadašnji direktor Nase, Michael D. Griffin, poslao je Državnom sekretaru za energetiku Samuelu D. Bodmanu pismo sa procenom Nasinih budućih potreba za 238Pu. To pismo je Ministarstvu postalo referentna tačka za utvrđivanje budućih potreba za ovim izotopom. Međutim, zaključci i preporuke u ovom izveštaju nisu zavisile od potreba neke određene misije ili datuma lansiranja, već su se zasnivale na procenama budućih potreba zasnovanih na različitim scenarijima budućih misija. Procenu budućih potreba takođe je bilo neophodno uskladiti sa nekim presedanima. Naprimer, set misija koje su opisane u pismi direktora Nase podudaraju se sa setom objavljenim u Nasinom planu misija (Agency Mission Planning Model), mada se u pismu pominju i 3 dodatne RPS misije: dve „International Lunar Network" (ILN) misije (mogle bi da budu lansirane 2013. i 2016. godine) i misija „Mars Lander" (mogla bi biti lansirana do 2016.) Te misije se ne nalaze u Tabeli 1 (tabela je iz Griffinovog pisma), ali ukupan iznos 238Pu za ove dodatne misije bio bi oko 3,6 kg, čime se samo povećava ukupna potrebna količina ovog goriva.

Direktorsko pismo zahteva od Ministarstva da nastavi sa redovnom isporukom goriva za RPS kojima će u periodu od 2009. do 2028. biti opremljeno 12 misija. Potrebe tih misija za električnom energijom kretaće se od 125 do 2.000 vati (vidi tabelu).

TABELA 1. Nasine potrebe za 238Pu za period 2009-2028 (stanje od 2008.)
tabelaPU-1
NAPOMENA: ASRG: Advanced Stirling Radioisotope Generator; ATHLETE: All-Terrain Hex-Legged Extra-Terrestrial Explorer; MMRTG: Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator; SRG: Stirling radioisotope generator.

IZVOR: Pismo direktora Nase M. Griffina sekretaru za energetiku S. Bodmanu 29. aprila 2008.

 

Količina 238Pu potrebna da izađe u susret tih 12 misija zavisiće od vrste RTG koji će se koristiti za pretvaranje termičke energije 238Pu u električnu energiju. „Mars Science Lab" je opremljen sa MMRTG, a MMRTG je takođe trenutna opcija za izvor energije i u misiji „Outer Planet Flagship 1" (OPF-1). Ovaj tip RPS jedini je trenutno dostupan, i pored toga što ima mali stepen efikasnosti konverzije (samo 6,3%). Predviđa se da će napredni Stirlingov generator (ASRG) imati efikasnost od 28-30%, te da će proizvoditi više električne struje nego MMRTG iako će sadržati samo dva modula izvora toplote[9] (GPHS) umesto 8 modula koje imaju MMRTG.

Pored ovih, ASRG ili neke druge verzije Stirlingovog radioizotopskog generatora zacrtani su za sve ostale misije navedene u pismu direktora Nase[10].

Za svih 12 misija biće ukupno potrebno od 105 kg do 110 kg 238Pu, što je ekvivalentno prosečnoj proizvodnji od 5,3 kg do 5,5 kg godišnje u periodu od sledećih 20 godina.

U sledećem prikazu, narandžasta linija [prazni kvadratići] prikazuje Nasin kumulativni budući zahtev za 238Pu prema idealnom scenariju [to je scenario koji je opisan u pismu direktora Nase 2008, prema kome su buduće RPS-misije ograničene na one kojima treba najmanja količina 238Pu, a ASRG će pokretati misiju „Outer Planets Flagship 1" (OPF-1)]. Zelena linija (puni kvadratići u tabeli) prikazuje Nasine buduće zahteve ako sve ostane status kvo [tj. ako buduća misija  OPF-1 bude koristila MMRTG].

tabelaPU

Potrebna je hitna akcija

Kada jednom DoE ipak shvati da mora da finansira obnavljanje proizvodnje 238Pu, trebaće oko 8 godina dok proizvodnja ne dostigne ciljanih 5 kg godišnje. Crvena i plava linija (trouglići u tabeli) prikazuju mogući budući saldo 238Pu (proizvodnja minus potrebe). Održavanje status kvoa, koji znači korišćenje MMRTG za OPF-1 i neproizvodnju 238Pu, vodi ka najizraženijem deficitu, a saldo pada na samo dno tabele. Prema najboljem scenariju, koji podrazumeva da OPF-1 koristi ASRG a DoE prihvati da fiskalnim budžetom za 2010. godinu počne da obnavlja proizvodnju 238Pu, proizvodni deficit je najmanji (daje oko 4,4 kg). Međutim, malo je verovatno da će se sve pretpostavke ugrađene u najidealniji scenarijo obistiniti. Termoeneratori MMRTG su i dalje glavna opcija za OPF-1 (biće o tome detaljnije na kraju teksta) jer ima još uvek puno nejasnoća oko ASRG, a izdvajanja za proizvodnju 238Pu iz budžeta za 2010. još uvek su više želja nego činjenica. Zato će pravi deficit najverovatnije biti negde između linija najidealnijeg i status kvoa, i najverovatnije će iznositi 20 kg ili više u sledećih 15 ili 20 godina.

Kao što se vidi iz priloženog, trebalo je dugo vremena da Sjedinjene Države uvide neophodnost pokretanja domaće proizvodnje 238Pu kako bi nastavile pravljenje RPS i održale vođstvo u istraživanju solarnog sistema. Problem je u tome što su Amerikanci odlagali početak akcije sve do trenutka kada je situacija postala zbilja kritična. Eventualno produžavanje pasivnosti samo će pojačati snagu i uticaj budućeg nedostatka 238Pu i naterati Nasu da dok ima rezerve 238Pu donosi dodatne, teške odluke koje će redukovati mnoge naučne misije i odložiti ili otkazati neke druge.

Plan za ponovno uspostavljanje proizvodnje plutonijuma-238 moraće da uzme u obzir više faktora, kao što je recimo izgradnja objekata DoE, vodeći računa o sigurnosti i zaštiti životne sredine, kao i zahtevima fizike. U pokušaju da se prevaziđu posledice tekućih odlaganja, ovaj plan neće moći da se lako ili znatnije ubrza, iako su u narednim godinama teoretski moguća i mnogo veća ulaganja. Potrebna je stvarna, a ne neka zamena za direktnu akciju.

Odnos dopremanja plutonijuma i Nasinih potreba - Količina potencijalnog manjka

tabelaMR_300
Kliknite na tabelu

 

Stopa lansiranja RPS misija

Tokom procesa proučavanja ove teme - nakon što je Komitet završio sve zakazane sastanke - pokrenuta je jedna nova tema, a ticala se sposobnosti DoE da podržava visoku stopu lansiranja budućih RPS misija koje NASA trenutno predviđa.

Sjedinjene Države su od 1961. godine lansirale ukupno 26 RPS misija, ali samo 4 od 1977. („Galileo", „Ulysses", „Cassini" i „Pluto/New Horizons"). Iz pisma direktora Griffina vidi se da je NASA predvidela da u toku sledećih 20 godina lansira još 12 RPS misija, od čega bi 9 bilo realizovano tokom 9-godišnjeg plana koji se završava 2028. godine. Trenutni kapaciteti DoE koji se koriste za punjenje, preradu, testiranje i transport RPS jedinica - kao i za sprovođenje planova u slučajevima radioloških nepredviđenosti - mogli bi da izdrže relativno nisku stopu RPS lnsiranja koja su sprovođena poslednjih decenija, ali ako se želi održati tempo od jednog lansitanja godišnje potrebna su određena poboljšanja (čitaj pare).

inspekcija

Inspekcija radioizotopskog termoelektričnog generatora u Kennedy Space Centeru koji će biti montirani na sondi „Cassini/Huygens". Isti ovaj tip je već bio ugrađen na letilice „Galileo" i „Ulysses". http://science.ksc.nasa.gov/payload/missions/cassini/images/high/KSC-97EC-0903.jpg

NewHorizons

Svemirska sonda New Horizons ima ugrađen 1 generator tipa GPHS-RTG. Generator je težak oko 56 kg, a u njemu je bilo 7,8 kg 238Pu. Za sada radi odlično.

 

Kao sveobuhvatni odgovor na ovaj problem, bilo bi korisno identifikovati sva ograničenja koja DoE i NASA moraju da prevaziđu da bi povećala stopu lansiranja RPS misija, i na koji način izvesti prevazilaženje tih ograničenja. Relevantne informacije su obuhvatile i upoređivanje prošlih i budućih stopa lansiranja nuklearnih svemirskih sistema i misija. Naprimer, 15 RPS misija lansirano je tokom 8 ½ godina u periodu od aprila 1969, do septembra 1977. godine. Te misije su nosile 31 RPS četiri različita dizajna[11]. Bilo bi korisno znati šta je dovelo do ostvarivanja ovog podviga, naročito u pogledu kadrova, objekata i eksploatisanja postrojenja u DoE i Nasi, posebno u Laboratoriji za mlazni pogon (JPL) i Kenedijevom svemirskom centru (KSC).

Na osnovu Predsedničke direktive/Memoranduma Saveta za nacionalnu sigurnost (PD/NSC-25, 1977) biće potrebno ispitati i radiološku sigurnost zaposlenih i razmotriti zahteve za dodatne misije koje će koristiti radioizotopske grejne jedinice a ne RPS (npr. misija „Mars Pathfinder" i misije „Mars Exploration Rover A i B" - „Spirit" i „Opportunity")[12].

TABELA 2. Performanse radioizotopskih sistema juče, danas i sutra.

ARTG_sm
NAPOMENA: ARTG: Napredni Radioizotopski Termalni Generator; ASRG: Napredni Stirlingov Radioizotopski Generator; NPM: Na početku misije; GPHS: Izvor Toplote Opšte Namene (General Purpose Heat Source); MMRTG: Multi-Mission Radioizotopski Termoelektrični Generator; RTG: Radioizotopski Termalni Generator; TPV: Termofotovoltski pretvarač[13].

IZVOR: Modifikovana prezentacija „Radioisotope Power Systems Technology Programs", S. Surampudi, NASA, 18. novembra 2008. Washington.

Mada odbor nije imao vremena ili informacija neophodnih za pokretanje pitanja učestalosti lansiranja, ocenio je da je daleko najhitnije pitanje koje moraju da reše nedovoljno snabdevanje izotopom 238Pu kao glavnim nosiocem Nasinih planova za RPS misije. Ipak, bila bi poeželjna detaljna istragu o ritmu lansiranja, jer bi nepažnjom to mogao da postane limitirajući faktor za buduće misije.

jedinica

Energetski sistem misije „Outer Planets Flagship 1"

Proučavanje četiri moguća koncepta misije „Outer Planets Flagship 1" (OPF-1) započelo je još 2007. godine. Dva poslednja koncepta koja su razrađivana dobila su nazive „Titan Saturn System Mission" (TSSM) i „Europa Jupiter System Mission" (EJSM) (JPL, 2009). Odlučeni je da će EJSM imati dva modula: Nasin „Jupiter Europa Orbiter" (JEO), koji će se napajati pomoću RPS, i evropski „Jupiter Ganymede Orbiter", koji će koristiti klasične solarne panele. Saturn je skoro dvaput dalji od Sunca od Jupitera, te će misija TSSM trajati najmanje 13 godina, malo duže od misije EJSM (9 godina).

EJSM
EJSM. JEO je gore, a JGO dole. JEO će da proučava Evropu i Io, a JGO Ganimed i Kalisto.

Misija EJSM, sa radnim imenom „Laplace", imaće cilj da podrobno istraži Evropu i Ganimed i Jupiterovu magnetosferu. U februaru 2009. NASA/ESA su objavile da ova misija ima prioritet u odnosu na TSSM. Što se tiče finansiranja, ESA treba da do 2013. odluči da li će evre dati ovoj misiji ili misijama Laser Interferometer Space Antenna (LISA) i International X-ray Observatory (IXO). Zainteresovani su i Rusi ( sa projektom „Jupiter Europa Lander", JEL) i Japanci (sa projektom Jupiter Magnetospheric Orbiter, JMO). Bez njih, cena projekta će biti $4,45 mld, od čega Amerikanci daju $3,8 mld, a ESA $650 mil.

Na sastanku u februaru 2009. godine, zvaničnici Nase i Evropske agencije su se dogovorili da je misija EJSM tehnički izvodljivija, te se planira da ona prva krene, kao OPF-1 (NASA, 2009). Nasa će tek naknadno odlučiti da li će OPF-1 koristiti MMRTG, ASRG, ili kombinaciju oba. (Studije misije pokazuju da bi sve tri opcije zadovoljile potrebe, pod uslovom da ASRG bude dovršen na vreme.)[14]

balon Balon na topli vazduh biće izbačen iznad Titana tokom 6-mesečne misije u aprilu/oktobru 2030. Očekuje se da će makar jednom obleteti Titan na širini od 20° N, na visini od oko 10 km. Pored njega, biće izbačen i lender Titan Mare Explorer (TiME), koji će pasti u jedno od metanskih mora. Možda će biti pokretan novim Naprednim Stirlingovim radioizotopskim generatorima (ASRG),
ASRG je projektovan da ima specifičnu snagu 7 We/kg, u odnosu na samo 2,8 We/kg koliko stvara MMRTG, i 5,1 We/kg koliko su proizvodili najbolji prethodni RPS (vidi tabelu 2). Ova poboljšanja u specifičnoj snazi od velikog su značaja za deep-space misije, kod kojih su masa i nosivost rakete-nosača obično od najvećeg značaja za pokretanje misije. Pored toga, generatori ASRG su projektovani tako da im je efikasnost konvertovanja energije više od 4 puta veća od generatora MMRTG na početku korišćenja, dok projektovana proizvodnja električne energije ASRG vremenom opada za samo 0,8% godišnje, što je polovina stope opadanja za MMRTG.[15]

Očekuje se da će elektromagnetne interference (smetnje) koje stvaraju oba energetska sistema biti u okviru tolerancije svih instrumenata ugrađenih u OPF-1. Inženjerska merenja vibracija sprovedena na ASRG pokazala su skoro 10 puta veću toleranciju nego što su zahtevale nominalne vibracione specifikacija. I pored toga, u toku razvola svemirske letilice nivoi vibracija (konstruktivnih i akustičkih) zahtevaće posebnu pažnju i detaljnu analizu. Međutim, bez obzira na sve, upotreba ASRG na svemirskom brodu OPF-1 neće biti uslovljena konstrukcijom letilice ili operativnim faktorina. Glavni razlog za upotrebu ASRG na OPF-1 leži u pokušaju Nase da spasi koliko god je moguće 238Pu za druge misije. Za Nasu u celini, ovo je vrlo važno, obzirom na veliki broj RPS koji će biti upotrebljeni na OPF-1, tako da bi korišćenjem ASRG bilo ušteđeno od 16 do 19 kg 238Pu. To je dovoljno izotopa za pogon generatora u nekoliko sledećih misija, i ekvivalentno najmanje trogodišnjoj nacionalnoj proizvodnji 238Pu pri najjačoj stopi proizvodnje od 5 kg godišnje.

Međutim, kao što je već rečeno, ASRG još nisu spremni za let. NASA mora da odredi, naprimer, (1) šta mora da se uradi da bi se pokazalo da su ASRG spremni za ugradnju u OPF-1, i (2) da li ti zahtevi mogu biti sprovedeni na vreme da bi se uklopili u raspored OPF-1 misije. Generalno uzevši, projetni menadžeri dugoročnih misija vole da se oslanjaju na proverene tehnologije i višestruke podsisteme za za misiju kritične funkcije, kao što je avionika[16] i pogon. Nasina Direkcija za naučne misije (SMD) uopšteno očekuje da će nova tehnologija napredovati do 6. nivoa tehnološke spremnosti ili bolje, pre konačne procene idejnog projekta misije[17]. Što se tiče ASRG, NASA je odgovorna za definisanje (1) specifičnih kriterijumima koje ASRG moraju da zadovolje pre starta misije, i (2) strategija za zadovoljavanje tih kriterijuma. Problem je složen zbog toga što nije moguće ubrzano testiranje ASRG kao sistema, i što ostaje da kvarovi koji mogu da nastanu pri kraju životnog veka modela i ukupna pouzdanost ASRG kao sistema tek treba da se utvrde. Što se termini bliže kraju, stručni tim koji čine stručnjaci iz JPL, GRC (Glenn Research Center), i DoE, trebalo bi da odluče šta treba da se uradi da bi se ASRG kvalifikovao za misiju OPF-1. Do februara 2009. godine rezultati njihovih napora nisu bili na raspolaganju.

Odbor smatra malo verovatnim da bi NASA odabrala ASRG za veliku misiju (kao što je OPF) pre nego što je isproba u nekoj drugoj misiji i proveri operativnu uspešnost u uslovima lansiranja i otvorenog kosmosa. „Discovery №12" predstavlja najraniju potencijalnu šansu za let jednog ASRG, a ta misija nije na spisku lansiranja do 2014. godine. NASA će konačnu odluku o tome da li će za misiju OPF-1 upotrebiti generatore MMRTG ili ASRG doneti tek 2012. godine. Zato je malo verovatno da će NASA odlučiti da koristi ASRG za OPF-1, osim ako (1) kompletan ASRG ne bude spreman za lansiranje sa „Discovery №12", i (2) važeći raspored za OPF-1 kasni dovoljno dugo da dozvoli Nasi da odloži izbor elektroenergetskog sistema za OPF-1 nakon što „Discovery №12" bude lansiran i ASRG dokaže svoju sposobnost da radi u kosmosu dovoljno dugo.

Skraćenice:

ASRG - Advanced Stirling Radioisotope Generator
DOE - Department of Energy
GPHS - General Purpose Heat Source
MMRTG - Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator
RHU - Radioisotope Heater Unit
RPS - Radioisotope Power System
RTG - Radioisotope Thermoelectric Generator
SNAP - Systems for Nuclear Auxiliary Power
SRG - Stirling Radioisotope Generator
We - Watts of electrical power

 

[Tekst predstavlja slobodan prevod samo nekih delova knjige "Radioizotopski sistemi: Imperativ u održavanju američkog vođstva u svemirskim istraživanjima", koju je 2009. na 68 strana (ISBN-10: 0-309-13857-4 ) objavio Nacionalni istraživački komitet SAD.]



[1] Kompaktni sistem svemirskih letilica koji na duže staze stvara struju. To nije nuklearni reaktor (ne koristi nuklearnu fuziju ili fisiju za stvaranje energije), već konvertor toplotu koju stvara radioaktivni raspad goriva. Od 1961. do danas, NASA i vojska su imale 26 misija sa 45 RPS (Sovjeti 6).

[2] MMRTG u početku misije stvara 125 W električne energije, da bi nakon 14 godine snaga pala na oko 100 W. Za Nasu ih proizvodi „Boeing".

[3] Stirlingov generator (ASRG) ima efikasnost ~29%, dok RTG ima samo ~6%.

[4] Nasin program niskobudžetnih, ali visokotehnoloških naučnih misija. NEAR Shoemaker, Mars Pathfinder, Lunar Prospector, Deep Impact, Stardust, Genesis, MESSENGER, Dawn, Kepler, Extrasolar Planet Observation and Deep Impact Extended Investigation (EPOXI), i budući GRAIL i STROFIO.

[Videti obavezno ovo: http://discoverynewfrontiers.nasa.gov/MissionMilestones/index.html]

[5] Najveći i najskuplji od 3 velika Nasina svemirska programa (najjeftiniji je Discovery program, a srednje skup je New Frontiers program). Ovde se misli na planove za misiju „Jupiter Evropa Orbiter" (JEO), i „Jupiter Ganimed Orbiter" (JGO).

[6] Ovaj tekst razmatra velike količine 238Pu (koje se mere kilogramima) potrebne za punjenje RPS. Ne bavi se malim količinama 238Pu (koje se mere gramima, miligramima ili mikrogramima) koje se proizvode za istraživanja ili neke druge potrebe.

[7] Zbog radioaktivnog raspada, 238Pu ne može večno da se skladišti. Zbog vremena poluraspada od ~88 godina, nakon skladištenja od 20 godina, preostalo je samo 85% originalne količine.

[8] Ministarstvo za energetiku nije dalo tačnu procenu tačne količine 238Pu kojom će raspolagati nakon završetka posla sa Rusima. Na osnovu raspoloživih informacija, izgleda da će NASA raspolagati sa oko 30 kg 238Pu, uključujući količinu koja je već upotrebljena kao gorivo za RPS za Marsovu naučnu laboratoriju (MSL) "Curiosity", čije lansiranje je sa 2009. pomereno za 15. septembar 2011.

[9] Kompaktni moduli GPHS (General Purpose Heat Source) koji prenose preko 600° C radioizotopskim generatorima (MMRTG ili ASRG), stvarajući oko 250 W po modulu. Pojedinačni moduli imaju dimenzije 9,948 × 9,32 × 5,82 cm, i teški su 1,44 kg.

GPHS su iskorišćeni u generatorima GPHS-RTG u sledećim misijama: Cassini-Huygens (x3), New Horizons (x1), Galileo (x2) i Ulysses (x1).

[10] Ako bi se ovde uvrstila i misija „International Lunar Network", ona će verovatno biti pokretana trećim tipom RPS, za sada poznatim kao „mali RPS" .On će stvarati oko 40 W (koliko su koristile i sonde iz šezdesetih iz „Surveyor" programa) i biće lansiran 2013.

[11] To su bili SNAP-19B3 („Nimbus III"), SNAP-27 („Apollo 12-17"), SNAP-19 („Viking 1 i 2", „Pioneer 10 i 11") i MHW-RTG („Voyager 1 i 2", LES 8 i 9).

[12] Radioizotopske grejne jedinice (RHU) stvaraju malu količinu toplote (oko 1 W) sa ciljem da određene komponente letilice održavaju toplim. Oni proizvode toplotu prirodnim raspadom radioaktivnog materijala, ali ne stvaraju el. struju. Npr. „Cassini-Huygens" je imao 82 ovakve jedinice (pored 3 glavna MMRTG): samo sonda „Huygens" imala je njih 35. Ukupna masa svakog od njih (sa zaštitom) bila je svega 40 grama.

[13] Termofotovoltski energetski pretvarač direktno konvertuje razliku u temperaturama u direktno u elektricitet iz pomoć fotona. Osnovni termofotovoltski sistem sadrži termički emiter i fotovoltsku diodu.

[14] Druga misija, TSSM, sadržaće orbiter, lender i Montgolfièrov balon (na topli gas), koji će biti naduvan atmosferskim gasovima prisutnim na Titanu, a RPS će zagrevati gas unutar balona. Balon će sigurno koristiti MMRTG, bez obrira koji će RPS biti odabran za pokretanje orbitera, zato jer ASRG ne proizvodi dovoljno toplote neophodne za let balona.

[15] Samo deo opadanja izlazne snage u RPS sistemu dešava se zbog vremena poluraspada 238Pu; za ostalo je krivac degradacija termoelektričnih konertora u RTG. Očekuje se da će izlazna snaga u ASRG sporije opadati nego u RTG.

[16] Elektronski instrumenti koji se koriste prilikom svemirskog leta: navigacija, kontrola letilice, upravljanje, komunikacija iitd. itd.

[17] NASA je definisala 6. nivo tehnološke spremnosti (TRL) kao „prikaz modela ili prototipa sistema/podsistema u relevantnom okruženju (zemlja ili kosmos)" (Mankins, 1995.)

Ukupno ima 9 nivoa TRL, počev od osnovnih tehnoloških istraživanja (nivo 1), pa do testiranja sistema, lansiranja i funkcionisanja (nivo 9).

Srodan članak:

NASA OSTAJE BEZ PLUTONIJUMA?

 

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Dodaj komentar


Sigurnosni kod
Osveži