35 kilograma plutonijuma-238. Sa toliko raspolaže NASA za istraživanje solarnog sistema. Tolike rezerve već godinama zadaju brige agenciji, i iako su već preduzete neke mere, nema sumnje da će rešavanje problema trajati duže nego što su se neki nadali. Nedavna vladina revizija analizirala je problem, a zaključak je prilično zanimljiv.
Nuklearni izvor energije za rover "Curiosity" poznat pod skraćenicom MMRTG. Bio je prikopčan na rover u poslednjem trenutku, neposredno pred lansiranje rakete.
Ko god malo duže čita moja pisanija na ovom sajtu može da uoči da imam manir povratka na pojedine teme. Jednostavno, to je stvar mog interesovanja, karaktera, radoznalosti i bogtepitaj čega još... Jedna od tema koja me konstantno kopka jeste nuklearno gorivo koje se koristi u termoelektričnim generatorima a koji daju električni struju neophodnu kosmičkim stanicama, pogotovu onima koja putuju dalje od, recimo, Marsa ili Jupitera. Onu probranu grupu čitalaca koju ova tema takođe interesuje, može da pročita neke od priče koje sam do sada napisao na ovu temu: Zašto kosmičke sonde koriste plutonijum?, NASA će proizvesti plutonijum prvi put posle 30 godina (ponovo?), NASA ostaje bez plutonijuma?, SAD nanovo pokrenula proizvodnju plutonijuma-238, itd. Danas ću pričati o novostima na ovu temu, pa pošto je nemoguće da se setim svega šta sam pisao pre nekoliko godina, unapred se izvinjavam ako bude nekih ponavljanja.
Plutonium-238 (Pu-238, ili 238Pu) predstavlja radioaktivni izotop koji nema nikakvu vojnu primenu (za atomske bombe se koristi Pu-239), ali pošto se sintetiše iz neptunijuma-237 u nuklearnim instalacijama, njegova proizvodnja, rukovanje i čuvanje je veoma skupo. Pu-238 je ključan za Nasu jer se koristi u radioizotopskim termoelektričnim generatorima (RTG), uređajima koji transformišu toplotnu energiju stvorenu pri radioaktivnom raspadu u električnu struju. To omogućava naučnicima da pošalju kosmičke letilice na takva putovanja koja ne zavise od solarne energije, bilo da je to u spoljnje delove solarnog sistema, gde je svetlost Sunca preslaba, bilo da se radi o kompleksnim misijama gde bi korišćenje solarnih panela bilo nepraktično (kao u slučaju Marsovog rovera "Curiosity"). Manje se zna da se plutonijum vrlo često upotrebljava i za raznorazne grejače, ili RHU, koji smanjuju temperaturne stresove na letilicama (npr, poznati roveri "Spirit" i "Opportunity" su nosili male količine – par desetaka grama – plutonijuma u svojim RHU, dok je "Cassini" imao čak 82 takva grejača).
Delovi jednog RTG-a.
Proizvodnja Pu-238 je u Sjedinjenim Državama okončana 1988. godine, i od tada se njegove rezerve samo smanjuju, ne samo zato što se upotrebljava, nego i zato što govorimo o radioaktivnom materijalu koji se vremenom dezintegriše sâm od sebe. Da bi nadoknadila gubitke, NASA je bila primorana da proteklih decenija u nekoliko navrata kupuje od Rusa Pu-238, ali poslednja porudžba je bila još 2009. godine. Ranije sam u nekoliko navrata pisao da rover "Curiosity" pokreće ruski plutonijum, ali izgleda da to nije u potpunosti tačno. To je zato što je "novi" (visokokoncentrisani Pu-238) jednostavno bio dodavan "starim" rezervama za upotrebu u RTG. Precizna količina ruskog plutonijuma koji je upotrebljen u roverovom RTG-u[1] nikad nije javno objavljen (by the way, američka vojska poseduje određenu količinu sopstvenog Pu-238 za potrebe "nacionalnog interesa", ali NASA nema pristup tom materijalu).
Najnapredniji model RTG-a koji koristi NASA je MMRTG (MultiMission Radioisotope Thermoelectric Generator), koji generiše 120 vati električne struje (ali i 200 W toplote!) sa efikasnošću od 6-7%. Svaki MMRTG sadrži 3,5 kg plutonijuma – u obliku plutonium-238 dioksida (ukupna težina 238PuO2 je 4,8 kg) – i košta \(77 miliona, što znači da cena MMRTG-a čini značajan procenat cene koštanja jeftinih misija tipa "Discovery", mada to nebi bilo mnogo za misije tipa "New Frontier" ili "Flagship". 35 kg Pu-238 izgleda jako malo, i jeste, ali srećom NASA ima samo jednu čvrstu misiju koja će koristiti RTG: Marsov rover u misiji "Mars 2020". Taj rover, praktično kopija "Curiosityja", koštaće \)2,4 milijarde i nosiće jedan MMRTG. Jedina druga misija koja je odobrena a koja bi mogla da koristi ovu tehnologiju bila je letilica "Europa Clipper", ali je radi smanjenja troškova u zadnjem trenutku odlučeno da koristi solarni paneli (a ne da se sačuva plutonijum).
Rover "Mars 2020" je jedina Nasina mašina za koju se sa sigurnošću zna da će koristiti RTG. Biće to RTG koji je služio kao rezerva prilikom konstrukcije "Curiosityja".
"Curiosity" sa svojim RTG-om. Lepo se vide cevi za hlađenje.
Radioizotopski generator "Curiosityja", ponekad nazivan i "nuklearna baterija".
Pošto sam nedavno pisao obimnu e-knjigu o prvim lenderima na Marsu, iz obične nostalgije dajem sliku Nasinog lendera "Viking". Svaki od njih je nosio po dva RTG-a tipa SNAP-19.
NASA je rezervisala 10,5 kg svojih dragocenih rezervi Pu-238 za tri MMRTG koji će poleteti u sledećoj misiji klase "New Frontiers"[2] pod uslovom da bude odobrena do 2019. Još nije poznato koja će to misija biti, mada među kandidatima imamo Veneru i Saturn, dve destinacije gde bi korišćenje RTG-a nesumnjivo imalo prednost. Međutim, već predložene misije na Saturn za studiranje Titana i Enceladusa koristiće solarne panele umesto RTG-a, ponovo u cilju ostanka u marginama budžeta. Ako bi se opredelili za RTG, jedan generator bi koštao \(77 miliona, kao što smo već videli, ali bi dva koštala \)94 miliona a tri $117 miliona (to je usled činjenice da postoje mnogi fiksni troškovi, kao što su skladištenje, transport i nadzor RTG-a). Ili, što je isto, korišćenje RTG-a bi činilo između 9% i 14% koštanja celokupne misije.
Sonda ELF ("Encenadus Life Finder"). Naučna orbita bi imala period od 62 dana, a planirano je da se 8-10 puta proleti kroz gejzire meseca. Misija je predložena još pre par godina ali u okviru najjeftinijih Nasinih misija tipa "Discovery". Odbijena je jer nije mogla da se smesti u mali budžet.
Još jedna negativna vijest je da od 35 kilograma 238Pu samo polovina zadovoljava energetske standarde koje zahtevaju radioizotopski generatori RTG. Iz tog razloga, ako do 2019. bude odobreno da misija "New Frontiers" koristi tri RTG-a, to znači da će NASA potrošiti 14 kg Pu-238 i da će joj ostati plutonijuma za samo manje-više jedan MMRTG. Ipak, kao što sam već istakao, ostatak plutonijuma može opet biti korišćen samo ako se pomeša sa materijalom koji je nedavno sintetizovan. Da bi rešio problem, državno Ministarstvo energetike Amerike (DoE) pokrenulo je proizvodnju Pu-238 2011. godine, ali ovog puta ekskluzivno se finansirajući preko Nase, koja će u taj program investirati nekih pedeset miliona svake godine. Od tada, DoE je proizvela samo sto grama Pu-238, vrlo malu količinu, ali se očekuje da će do 2019. proizvodnja porasti na 300 ili 500 grama godišnje. Ako sve bude teklo kako treba – a to znači ako bude "zelembaća" – od 2023. pa nadalje biće sintetizovano oko 1,5 kg godišnje.
Prikaz proizvodnje Pu-238 u SAD.
Sonde koje bi mogle da koriste RTG.
Ipak, iako je 35 kg smešna cifra za istraživanje Sunčevog sistema, NASA se nada da će od sredine sledeće decenije posedovati kapacitete da proizvede dovoljno plutonijuma za sledeće kosmičke sonde. Izgleda da glavni limit Nase nije toliko nedostatak plutonijuma, koliko nedostatak misija kojima trebaju RTG-ovi i visoki troškovi te tehnologije. Projekti kao što su buduće sonde za proučavanje Urana i Neptuna, ili misije za sletanje na Evropu su, nažalost, još uvek daleka budućnost.
Referenca:
[1] Rover se i danas, posle više od 1900 dana, pokreće uz pomoć termoelektričnog generatora tipa MMRTG, koji su za Ministarstvo energetike SAD projektovali i napravili 'Rocketdyne' i 'Teledyne Energy Systems'. U njemu se nalazi skoro 5 kg plutonium-dioksida. Svakodnevno generator daje ~2,5 kWh energije, preko četiri puta više nego "stari" roveri "Spirit" i "Opportunity" koji su bili opremljeni solarnim panelima!
[2] Trenutno lete tri "New Frontier" misije: "New Horizons", "Juno" i "OSIRIS-REx". Svaka od ovih misija morala je da košta ispod milijarde da bi bila odobrena.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
