مختبر علوم المريخ ، الذي بدأ قبل ثلاثة أيام صباح السبت 26 نوفمبر ، في طريقه حاليًا إلى الكوكب الأحمر - وهي رحلة تستغرق حوالي تسعة أشهر. عندما تصل في الأسبوع الأول من أغسطس 2012 ، ستبدأ MSL في التحقيق في التربة والغلاف الجوي داخل Gale Crater ، بحثًا عن أضعف تلميحات الحياة الماضية. وخلافا للمركبتين السابقتين اللتين كانتا تعملان بالطاقة الشمسية ، ستعمل MSL بالطاقة النووية ، وتولد طاقتها من خلال اضمحلال ما يقرب من 8 أرطال من البلوتونيوم 238. من المحتمل أن يحافظ ذلك على تشغيل الجيل القادم من المركبات المتجوّلة لسنوات ... ولكن ما الذي سيغذي بعثات الاستكشاف المستقبلية الآن بعد أن أصبحت وكالة ناسا غير قادرة على تمويل إنتاج البلوتونيوم؟
Pu-238 هو نظائر غير مشعة للعنصر المشع ، تستخدمه وكالة ناسا لأكثر من 50 عامًا لتغذية المركبات الفضائية الاستكشافية. فوييجرز ، جاليليو ، كاسيني ... جميعهم لديهم مولدات كهروحرارية للنظائر المشعة (RTGs) تولّد الطاقة عبر Pu-238. لكن المادة لم يتم إنتاجها في الولايات المتحدة منذ أواخر الثمانينيات. تم إنتاج كل Pu-238 منذ ذلك الحين في روسيا. لكن الآن لم يتبق سوى ما يكفي لمهمة أو بعثتين إضافيتين ، ولا تخصص خطة ميزانية 2012 تمويلًا لوزارة الطاقة لمواصلة الإنتاج.
من أين سيأتي الوقود في المستقبل؟ كيف ستقوم وكالة ناسا بتشكيل مجموعتها التالية من المستكشفين الآليين؟ (ولماذا لا يشعر الناس بالمزيد من القلق؟)
عالج عالم الفلك والمدرس والمدون ديفيد ديكنسون تفاصيل هذا اللغز في مقال إعلامي كتب في وقت سابق من هذا العام. فيما يلي بعض المقتطفات من منصبه:
________________
عند مغادرة كوكبنا العادل ، فإن الكتلة هي كل شيء. نظرًا لكون الفضاء مكانًا قاسيًا ، يجب عليك إحضار كل ما تحتاجه تقريبًا ، بما في ذلك الوقود. ونعم ، المزيد من الوقود يعني المزيد من الكتلة ، يعني المزيد من الوقود ، يعني ... حسنًا ، لقد فهمت الفكرة. إحدى الطرق حول ذلك هي استخدام الطاقة الشمسية المتاحة لتوليد الطاقة ، ولكن هذا يعمل فقط بشكل جيد في النظام الشمسي الداخلي. ألق نظرة على الألواح الشمسية على متن المركبة الفضائية جونو المتجهة إلى المشتري الشهر المقبل ... يجب أن تكون هذه الأشياءضخم من أجل الاستفادة من القوة الشمسية الضعيفة نسبيًا المتاحة لها ... كل هذا بسبب صديقنا قانون التربيع العكسي الذي يحكم كل الأشياء الكهرومغناطيسية ، بما في ذلك الضوء.
للعمل في ضواحيعميقالفضاء ، تحتاج إلى مصدر طاقة يمكن الاعتماد عليه. لتفاقم المشاكل ، يجب أن تكون أي عمليات سطحية محتملة على القمر أو المريخ قادرة على استخدام الطاقة لفترات طويلة من التشغيل دون أشعة الشمس ؛ على سبيل المثال ، ستواجه إحدى المواقع القمرية الليالي التي تبلغ مدتها أسبوعان من الأرض. تحقيقا لهذه الغاية ، استخدمت وكالة ناسا تاريخيا مولدات النظائر المشعة الحرارية (RTGs) كمحطة كهربائية لمهمات الفضاء على المدى الطويل. وهي توفر مصدرًا خفيفًا وطويل الأمد للوقود ، يولد من 20-300 واط من الكهرباء. معظمها بحجم شخص صغير ، وقد حلقت النماذج الأولى على متن المركبة الفضائية Transit-4A و 5BN1 / 2 في أوائل الستينيات. رواد الفضاء ، فوييجر ، نيو هورايزونز ، غاليليو وكاسيني ، جميع المركبات الرياضية بو238 RTGs تعمل بالطاقة. تحتوي المركبة الفضائية فايكنغ 1 و 2 أيضًا على RTGs ، وكذلك تجارب حزمة أبولو القمرية الطويلة (ALSEP) طويلة المدى التي وضعها رواد فضاء أبولو على القمر. تم اقتراح مهمة عودة طموحة إلى كوكب بلوتو في عام 2003 كان يمكن أن تستخدم محركًا نوويًا صغيرًا.
فيديو: ما هو شكل البلوتونيوم حقًا؟
يواصل ديفيد ذكر مخاطر البلوتونيوم التي لا يمكن إنكارها ...
البلوتونيوم هومقرف أمور. وهو باعث ألفا قوي ومعدن شديد السمية. إذا تم استنشاقه ، فإنه يعرض أنسجة الرئة إلى جرعة إشعاعية محلية عالية جدًا مع خطر الإصابة بالسرطان. إذا تم تناولها ، تتراكم بعض أشكال البلوتونيوم في عظامنا حيث يمكن أن تتلف آلية تكوين الدم في الجسم وتدمير الخراب بالحمض النووي. حددت وكالة ناسا تاريخياً فرصة فشل إطلاق مركبة الفضاء نيو هورايزونز في 350 إلى 1 ضدها ، والتي حتى ذلك الحين لن تمزق RTG بالضرورة وتطلق 11 كيلوغرامًا من ثاني أكسيد البلوتونيوم في البيئة. أخذ العينات التي أجريت حول مكان الراحة في جنوب المحيط الهادئ لعودة أبولو 13 LM المذكورة أعلاه إلى مرحلة الصعود من الوحدة القمرية ، على سبيل المثال ، يشير إلى أن إعادة دخول RTG لم يتمزق الحاوية ، حيث لم يتم العثور على أي تلوث بالبلوتونيوم .
ومع ذلك ، غالبًا ما تلقي مخاطر الطاقة النووية بظلالها على سلامتها النسبية وفائدتها التي لا لبس فيها:
عملت أحداث البجعة السوداء مثل جزيرة ثري مايل وتشرنوبيل وفوكوشيما على شيطنة كل الأشياء النووية ، مثل وجهة النظر القائلة بأن 19العاشركان مواطنو القرن من الكهرباء. ناهيك عن أن النباتات التي تعمل بالفحم تضع عدة مرات ما يعادل التلوث الإشعاعي في الغلاف الجوي في شكل الرصاص210والبولونيوم214والثوريوم وغازات الرادون ،كل يوم. غالبًا ما يتم تشغيل كاشفات الأمان في المحطات النووية أثناء انقلابات درجة الحرارة بسبب انبعاثات محطات الفحم القريبة ... كان الإشعاع جزءًا من بيئتنا حتى قبل الحرب الباردة وهو موجود لتبقى. على حد تعبير كارل ساجان ، "السفر إلى الفضاء هو أحد أفضل استخدامات الأسلحة النووية التي يمكنني التفكير فيها ..."
ومع ذلك ، نحن هنا ، مع نهاية واضحة في الأفق لتوريد "الأسلحة" النووية اللازمة لتشغيل السفر إلى الفضاء ...
تواجه وكالة ناسا حاليًا معضلة ستضع مثبطًا شديدًا لاستكشاف النظام الشمسي الخارجي في العقد المقبل. كما ذكرنا ، فإن احتياطيات البلوتونيوم الحالية تكاد تكون كافية لفضول مختبر علوم المريخ ، الذي سيحتوي على 4.8 كيلوغرام من ثاني أكسيد البلوتونيوم ، وآخر مهمة كبيرة وربما مهمة صغيرة للنظام الشمسي الخارجي. تستخدم MSL جيلًا جديدًا من MMRTG (يرمز "MM" إلى المهام المتعددة) التي صممتها Boeing والتي ستنتج 125 واط لمدة تصل إلى 14 عامًا. لكن إنتاج البلوتونيوم الجديد سيكون صعبًا. قد تكون إعادة تشغيل خط إمداد البلوتونيوم عملية طويلة ، وربما تستغرق عقدًا من الزمان. توجد بدائل أخرى قائمة على الطاقة النووية بالفعل ، ولكن ليس بدون عقوبة سواء في النشاط الحراري المنخفض أو التقلب أو النفقات في الإنتاج أو نصف عمر قصير.
قد تكون آثار هذا العامل قاتمة لكل من السفر في الفضاء المأهولة وغير المأهولة إلى النظام الشمسي الخارجي. وبجانب ما يقترحه المسح العقدي الأخير لعام 2011 لاستكشاف الكواكب ، سنكون محظوظين لرؤية العديد من هؤلاء الطموحين "Battlestar Galactica"- نمط مهمات النظام الشمسي الخارجي تأتي لتمريرها.
ستعمل كل من Landers ، blimps and submersibles في Europa و Titan و Enceladus بشكل جيد خارج نطاق Sun وستحتاج إلى محطات الطاقة النووية المذكورة لإنجاز المهمة ... قارن ذلك مع مسبار Huygens التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، والذي هبط على Titan بعد أن تم إصدارها من مركبة كاسيني الفضائية في عام 2004 ، والتي كانت تعمل لساعات قليلة على طاقة البطارية قبل الاستسلام إلى درجات الحرارة -179.5 درجة مئوية والتي تمثل يومًا معتدلًا لطيفًا على قمر زحل.
لذا ، ما الذي تفعله حضارة ترتاد الفضاء؟ من المؤكد أن خيار "عدم الذهاب إلى الفضاء" ليس خيارًا نريده على الطاولة ، كما أن الالتفاف أو Faster-Than-Light لا يؤدي إلى أي فقرة خيالية علمية سيئة في أي مكان في المستقبل القريب. في وجهة نظري [رأي] ، رأي ناسا لديه الخيارات التالية:
استغلال مصادر RTG الأخرى بغرامة. كما ذكرنا سابقًا ، توجد مصادر نووية أخرى في شكل نظائر البلوتونيوم والثوريوم والكوريوم ويمكن دمجها في RTGs ؛ ومع ذلك ، كل شيء لديه مشاكل. البعض لديه نصف عمر غير موات. يطلق آخرون القليل جدًا من الطاقة أو أشعة جاما الاختراق الخطرة. البلوتونيوم238 لديها طاقة عالية طوال العمر الافتراضي ، ويمكن احتواء انبعاثات جسيمات ألفا بسهولة.
تصميم تقنيات جديدة مبتكرة.لقد قطعت تكنولوجيا الخلايا الشمسية شوطًا كبيرًا في السنوات الأخيرة ، مما يجعل الاستكشاف ربما إلى مدار المشتري قادرًا على تحقيق ما يكفي من مساحة التجميع. المحظوظروح وفرصة نجحت المركبات المريخية المريخية (التي تحتوي على نظائر كوريوم في مطيافها!) بشكل جيد بعد تواريخ الضمان الخاصة بها باستخدام الخلايا الشمسية ، والمركبة الفضائية Dawn التابعة لوكالة ناسا التي تدور حاليًا حول الكويكب Vesta تتمتع بتقنية مبتكرة لقيادة الأيونات.
ادفع لإعادة إنتاج البلوتونيوم. مرة أخرى ، ليس من المحتمل أو حتى المجدي أن يتحقق ذلك في بيئة ما بعد الحرب الباردة التي تعاني من ضائقة مالية اليوم. وتتطلع دول أخرى ، مثل الهند والصين ، إلى "التحول إلى الطاقة النووية" لكسر اعتمادها على النفط ، لكن الأمر سيستغرق بعض الوقت حتى يصل أي بلوتونيوم منخفض إلى منصة الإطلاق. أيضا ، مفاعلات الطاقة ليست منتجة جيدة للبو238. إنتاج بو مخصص238 تتطلب إما مفاعلات تدفق نيوترون عالية أو مفاعلات "سريعة" متخصصة مصممة خصيصًا لإنتاج نظائر اليورانيوم ...
استناداً إلى واقع إنتاج المواد النووية مستويات التمويل للبو238 استئناف الإنتاج صغيرة بشكل مخيف. يجب أن تعتمد وكالة ناسا على وزارة الطاقة للبنية التحتية والمعرفة اللازمة ويجب أن تتلاءم حلول المشكلة مع الحقائق داخل كلتا الوكالتين.
وهذه هي الحقيقة القاتمة لعالم جديد شجاع خالٍ من البلوتونيوم يواجه وكالة ناسا. ربما يأتي الحل كمزيج من بعض أو كل ما سبق. العقد القادم سيكون محفوفًا بالأزمات والفرص ... يعطينا البلوتونيوم نوعًا من صفقة بروميثيان مع استخدامه. يمكننا إما أن نبني أسلحة ونقتل أنفسنا بها ، أو يمكننا أن نرث النجوم.
بفضل ديفيد ديكنسون لاستخدام مقالته الممتازة ؛ تأكد من قراءة النسخة الكاملة على موقع Astro Guyz الخاص به هنا (وتابع ديفيد على Twitterastroguyz.) تحقق أيضًا من هذا المقال من إميلي لاكدوالا من جمعية الكواكب حول كيفية إنشاء وحدة RTG للفضول.
"هناك بعض الأشخاص الذين يشعرون بشكل شرعي بأن هذا ببساطة ليس أولوية ، وأنه لا يوجد ما يكفي من المال وليس مشكلتهم. ولكن أعتقد أنه إذا حاولت التراجع والنظر إلى الغابة وليس فقط الأشجار الفردية ، فهذا أحد الأشياء التي ساعدتنا على أن نصبح قوة تكنولوجية. ما فعلناه باستكشاف الفضاء الآلي هو شيء لا يمكن للناس في الولايات المتحدة فقط ، ولكن في جميع أنحاء العالم ، التطلع إليه ".
- رالف ماكنوت ، عالم الكواكب في مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز (APL)
(حقوق الصورة الأعلى © 2011 Theodore Gray periodictable.com ؛ تُستخدم بإذن).
