Desilo se ono što niko nije mislio da će doživeti – Americi je počelo da ponestaje određenih nuklearnih izotopa. Dabogda ih to držalo što se tiče nuklearnog oružja, ali problem je što je to pretilo kosmičkom razvoju.
Pre četiri godine sam napisao iscrpan tekst „Radioizotopi: američki imperativ u borbi za vodeću poziciju u istraživanju svemira“ o problemima sa kojima se Amerika suočila nakon odluke njihovog Ministarstvo za energetiku (DoE) da krajem osamdesetih godina prekine proizvodnju plutonijuma-238 (238Pu). Taj izotop je oduvek služio kao jedino praktično gorivo za ogromnu većinu američkih (i sovjetskih) uređaja koji su na kosmičkim letilicama konvertovali toplotnu u preko potrebnu električnu energiju. Kako sam tada pisao, uspeh istorijskih misija kakve su bile „Vikinzi" i „Voyageri", a danas „Cassini", „New Horizons" i „Curiosity“, jasno pokazuju da su radioizotopski energetski sistemi[1] (RPS) – i dovoljne rezerve 238Pu – bile, jesu, i biće od krucijalne važnosti za američku kosmonautiku i njihove buduće istraživačke programe.
Ali, pošto više nisu proizvodili sopstveni plutonijum, Amerikanci su bili prinuđeni da ga uvoze iz Rusije. Na njihovu žalost, uskoro su i oni prestali da proizvode ovaj izotop i vrlo brzo se ispostavilo da više niko na svetu ne proizvodi 238Pu (niti ima postrojenja za to). Ono malo što je NASA imala u svojim skladištima već je bilo rezervisamo za misije čiji razvoj je već bio u toku [„Mars Science Laboratory" (MSL), „Discovery №12"[2], „Outer Planets Flagship 1"[3] (OPF-1)].
Na osnovu pisma tadašnjeg direktora Nase, Michaela D. Griffina, poslatom 2008. Državnom sekretaru za energetiku S.D. Bodmanu, videlo se da će potrebe agencije za 238Pu biti neprestana pojava. Prema tadašnjoj proceni Griffina, NASA je do 2028. trebala da lansira 12 misija koje će imati potrebe za nuklearnim izvorom energije. Njima bi trebalo ukupno od 105 do 110 kg plutonijuma, što čak i da Amerika ponovo pokrene proces proizvodnje ne bi mogla da proizvede u sledećih 15–20 godina.
Grudva usijanog plutonijuma izvađena iz nuklearnog reaktora Ministarstva energetike. Prvi put posle 25 godina DoE je ponovo pokrenula proizvodnju plutonijuma da bi izašli u susret Nasinim potrebama. Ceo projekat se meri stotinama miliona dolara.
U zaključku mog prvog teksta napisao sam da Amerikanci ubrzano rade na naprednijem i efikasnijem radioizotopskom termoelektričnom generatoru, nazvanom Stirlingov napredni radioizotopski generator (Advanced Stirling Radioisotope Generator, ASRG). On će koristiti Stirlingov motor radi pretvaranja termičke u električnu energiju. Konvertori Stirlingovog motora će biti znatno efikasniji od termoelektričnih baterija[4], što znači da će proizvoditi više struje nego njegovi prethodnici, iako će mu za to trebati samo četvrtina količine 238Pu. Pored toga, američko ministarstvo je obećalo da će razmotriti ponovnu proizvodnju ovog, očigledno, strateškog materijala“. Zatrovan domaćim iskustvima, ovu poslednju rečenicu sam samo prepisao, ne dajući joj (pre)veliki značaj.
Zato sam se ne malo iznenadio kada sam početkom aprila pročitao izjavu Jima Greena, Nasinog direktora za planetna istraživanja, da je DoE rešilo da posle 25 godina OBNOVI proizvodnju plutonijuma–238, koji će se upotrebiti za nuklearni pogon „budućih Nasinih misija na Mars i objekte spoljnjeg solarnog sistema“.
Na to ih je nateralo sve praznije skladište nuklearnog goriva za buduće Stirlingove generatore, koji su načelno projektovani da imaju specifičnu snagu 7 We/kg[5], što je znatno više od samo 2,8 We/kg koliko stvaraju generatori prethodne generacije Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generators (MMRTG), ili 5,1 We/kg koliko su proizvodili još stariji RPS.
Nuklearni pogon (crni valjak levo) je na „New Horizons“ ugrađen samo nekoliko dana pred lansiranje 2006. godine. Njegov generator sadrži 10,9 kg 238Pu smeštenog u 18 modula. Efikasnost ovog generatora je 6,4%, a godišnje se gubi oko 0,8% zbog radioaktivnog raspada izotopa (koji je kupljen direktno od Rusa). Očekuje se da će snaga koja je pri lansiranju iznosija 290 W kod Plutona pasti na podnošljivih 231 W. Za sada radi bez greške.
Kao i RTG, i ASRG konvertuju toplotnu energiju u električnu, ali novi sistem ima pokretne delove. Unutar uređaja, toplota koju stvara nuklearno gorivo pomera magnetni klip brzinom od 100 puta u sekundi kroz okolni kalem stvarajući time električnu struju u žici. Klip se nalazi uokružen helijumom i ne dodiruje unutrašnjost mehanizma, čime je znatno povećana trajnost i fizičke karakteristike.
Prototip generatora će imati radni vek od najmanje 14 godina, težinu od 20 kg, a koristiće oko 0,8 kg 238Pu, što je svega 25% količine koju koriste RTG. Koliko sam shvatio, prvi će biti pokretan ovakvim urečajem Marsov budući lender „InSight”.
NASA kaže da će Stirlingov sistem, koji zahteva mnogo manje plutonijuma i koji će davadi oko 130 vati struje, biti četiri puta efikasniji od tradicionalnih pretvarača.
„Trenutno radimo na proizvodnji dve ASRG jedinice, F–1 i F–2, i nadamo se da ćemo biti gotovi do 2016. godine. Posle toga ići će u magacin ali bez goriva, i sačekaće da im precizno odredimo misiju.“
DoE je tesno sarađivala sa Nasom i ubrzala plan za testiranje postojećih nuklearnih reaktora za proizvodnju plutonijuma, Tehničari iz Nacionalne laboratorije u Oak Ridgeu (Tenesi) dobili su zadatak da neptunijum-237, veštački kreiran elemenat koji ne postoji u prirodi, stave u reaktor. Tamo će biti izložem jednomesečnom bombardovanju neutronima, nakon čega bi trebalo da „zarobi“ određeni broj neutrona i pretvoti se u plutonijum–238. Kada šipke u reaktoru budu izvučene, tehničari se nadaju da će pronaći malu količinu neophodnog plutonijuma.
„Mi očekujemo da bi do kraja 2013. godine mogli da ispunimo raspored ministarstva i počnemo da proizvodimo 1,5–2 kg plutonijuma–238 godišnje za Nasu[6],“ kaže Green.
„Kada budemo dodali novi materijal starom plutonijumu, od kojeg je neki star preko 20 godina[7], očekujem da ćemo dobiti odgovarajuću gustinu energije potrebnu za gorivo,“ kaže on. „Kada pomešamo 2 kg starog plutonijuma sa 1 kg novog, obnovićemo naše rezerve do tog nivoa da ćemo moći da kompletiramo broj misija koje će koristiti plutonijumski pogon u ovoj i sledećoj deceniji,“ siguran je Green.
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).
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].
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).
Stirlingov generator (ASRG) ima efikasnost ~29%, dok klasični termoelektrični generator (RTG kakav koriste, recimo, „Voyageri“ ili „New Horizons“) ima samo ~6%.
We znači da se radi o vatu električne energije.
Ministarstvo za energetiku je nekoliko tranši kupilo od Rusa određenu količinu plutonijuma, ali tačna količina se krije. Ipak, na osnovu raspoloživih informacija, izgleda da je posle trgovine NASA raspolagala oko 30 kg 238Pu, uključujući količinu koja je već upotrebljena kao gorivo za RPS za Marsovu naučnu laboratoriju (MSL) "Curiosity", lansiranu prošle godine.
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.
Radioizotopi: američki imperativ u borbi za vodeću poziciju u istraživanju svemira
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
