NASA neatlaidības roveris ir pirmais kosmosa kuģis pēdējo gadu laikā, kas nesis svaigu ASV plutoniju. Tas nebūs pēdējais.

Neatlaidības braucējs

Perseverance rover daudzfunkciju radioizotopu termoelektriskais ģenerators uz plutonija bāzes vai MMRTG. (Attēla kredīts: Enerģētikas departaments)





Dziļi dažu NASA cienījamāko kosmosa zondu iekšienē atrodas plutonija piepildītas sirdis, kas pukst, lai sildītu un darbinātu robotus, tostarp kosmosa kuģi Voyager, Cassini, pirms tā drosmīgās ieniršanas caur Saturna gredzeniem un New Horizons pārgājienu pa Kuipera jostas gruvešiem.

Bet pēc aukstā kara ASV pārtrauca ražot savu plutoniju. Kādu laiku NASA savas misijas varētu veikt tikai no esošā vai importētā plutonija. Bet, pateicoties izmaiņām kosmosa aģentūras sadarbībā ar Enerģētikas departamentu, pagājušajā vasarā svaigs amerikāņu plutonijs atkal atstāja Zemi NASA Marsa robežās Neatlaidības braucējs - un vairāk misiju to darīs pēc gadiem. Un zinātniekiem, kas koncentrējas uz ārējo Saules sistēmu, tas ir ļoti svarīgi.

'Mūsu ceļojums uz atklājumiem prasa, lai mēs spētu atrauties no savas Saules sistēmas,' sacīja Abigaila Rimera, kosmosa fiziķe Džona Hopkinsa universitātes Lietišķās fizikas laboratorijā Merilendā un Ārējo planētu novērtēšanas grupas locekle, kas konsultē NASA. guesswhozoo.com. “Mums jāspēj ņemt līdzi savas mājas; mūsu barošanas avotam nav jābalstās uz mūsu pašu zvaigzni. Jo tālāk mēs ejam ārā, jo patiesāka tā kļūst. ”



Saistīts: Kur tālāk virzīties ārējā Saules sistēmā? Zinātniekiem ir lielas idejas, lai izpētītu ledus pavadoņus un daudz ko citu.

Ir tikai daži pazīstami, uzticami veidi, kā darbināt kosmosa kuģi; plutonijs un saules gaisma ir visizplatītākā izvēle. Bet, zondei virzoties tālāk Saules sistēmā un tālāk no saules, saules gaisma ātri zaudē savu spēku: piemēram, NASA kosmosa kuģim Juno, kas pašlaik riņķo ap Jupiteru, bija nepieciešami sasniegumi saules enerģijas tehnoloģijā, lai izdzīvotu bez kodoltehnoloģijas, sacīja Rimers.

Tātad, ja vēlaties nosūtīt kosmosa kuģi uz mūsu Saules sistēmas milzīgajām planētām un ārpus tām, vai uz citām tumšām vietām, piemēram, pastāvīgi tumši reģioni dziļi krāteros pie Mēness poliem, iespējams, vēlēsities kodolenerģiju. Šī izvēle nav saistīta tikai ar saules gaismu; kodolenerģija arī palīdz kosmosa kuģiem stāties pretī tādiem draudiem kā zema temperatūra un augsts starojums.



'Tas ļauj mums izpētīt, kur nenonāk saules gaisma, bet ļauj mums arī izpētīt skarbo vidi, un tas ir tāpēc, ka mēs varam ņemt līdzi savu siltumu,' jūnijs Zakrajseks, radioizotopu enerģijas sistēmu (RPS) programmas vadītājs NASA Glenn pētniecības centrā Ohaio, pastāstīja guesswhozoo.com. 'Tieši uzticamība un šāda veida faktori ir patiešām svarīgi mūsu misijām, un mēs nevarētu veikt dažas no misijām bez tā.'

NASA nākamais ar plutoniju darbināmais kosmosa kuģis būs Spāre rotora kuģa misija, palaižot 2027. gadā uz Saturna dīvaino mēnesi Titāns, kas NASA saka saņem aptuveni 1% no saules gaismas, ko saņem Zeme. Dragonfly kodolenerģijas avota dēļ, iespējams, kosmosa kuģis sasalst līdz nāvei šķidrā metāna un ūdens un ledus klinšu ainavā ilgi pirms tam, kad tam beidzas spēks, sacīja Zakrajseks.

Dragonfly pieder NASA misiju klasei, kas dublēta Jaunas robežas , aģentūras vērienīgākais planētu zinātnes ekspedīcijas piedāvājumu līmenis, ko NASA pieņem no zinātniekiem ārpus tās centriem. Fakts, ka NASA pat apsvēra Dragonfly - daudz mazāk to izvēlējās - liecina par aģentūras progresu sadarbībā ar Enerģētikas departamentu, lai palielinātu misijas izstrādātājiem pieejamo plutonija piedāvājumu.



Mākslinieks

Mākslinieka attēlojums NASA spāres misijā uz Saturna mēness Titāna virsmas.(Attēla kredīts: NASA/Johns Hopkins APL)

Iepriekšējās Jaunās robežas misijas atlases kampaņā Zakrajsek teica, ka NASA noteica, ka kosmosa kuģiem jādarbojas bez kodolenerģijas, jo aģentūra nebija pārliecināta, ka partnerībai būs pietiekami daudz plutonija, lai piegādātu jaunu misiju. (The OSIRIS-REx Šajā kārtā tika izvēlēta misija, lai paraugu ņemtu pie Zemes esošā asteroīda Bennu.)

Zakrajsek nosauca degvielas pieejamību jaunākajai atlasei par “lielu darījumu”. 'Fakts, ka mēs vairs nepieņemam misiju ierobežojošus lēmumus, pamatojoties uz RPS [radioizotopu energosistēmām], ir svarīgs,' viņa teica. 'Šķiet, ka tas padara zinātniekus mazliet laimīgākus.'

Pāreja daļēji ir saistīta ar NASA lēmumu katru gadu novērtēt plutonija vajadzības nākamajā desmitgadē, viņa sacīja, dodot partnerībai lielāku sagatavotību, lai nodrošinātu nepieciešamo piegādi. Tas ir saistīts arī ar Enerģētikas departamenta lēmumu ražot kosmosa kuģu plutoniju ar nemainīgu ātrumu - krasas izmaiņas salīdzinājumā ar iepriekšējo procesu.

'NASA tuvotos departamentam un darītu mums zināmu:' Hei, mums ir gaidāma misija, 'sacīja Treisijs Bišops, Enerģētikas departamenta sekretāra palīga vietnieks kodolinfrastruktūras programmās. 'Mēs izvilktu iekārtu no gaidstāves, aizietu un pieņemtu darbā jaunus darbiniekus, pārkvalificētu iekārtas un procesus, ražotu degvielu, atbalstītu RPS izstrādi - un, kad misija būs beigusies, mēs apturēsim spējas un nodosim tās aukstā gaidīšanas režīmā līdz nākamajam papildinājumam. ”

Šī sistēma tika izstrādāta daļēji tāpēc, ka NASA kosmosa kuģis ir Enerģētikas departamenta vienīgais lietojums šim konkrētajam materiālam, plutonija oksīdam, kas arī tiek saukts plutonijs-238 . Un kosmosa kuģis var nebūt tas, par ko kāds vispirms domā, kad viņam jautā par plutoniju. 'Mūsu lietojums ir līdz šim vismazāk slavenais no lietām, kurām plutonijs tiek izmantots,' sacīja Rimers. (Plutonijs, ko izmanto kodolieročos un reaktoros, ietver papildu neitronu, salīdzinot ar kosmosa lidojumu šķirni.)

Bet 2017. gadā NASA un Enerģētikas departaments nolēma, ka apstāšanās un aiziešanas process ir pārāk riskants kosmosa kuģim, kurš nevar startēt bez plutonija-238. Bišops sacīja, ka, izmantojot jauno pastāvīgās ražošanas sistēmu, aģentūra cer noskūties pat divus gadus no ražošanas laika grafika, kas varētu ilgt pat desmit gadus.

Saistīts: Kāpēc NASA Marsa braucējs Perseverance izmantos kodolenerģiju, lai uzturētu siltumu

NASA

NASA neatlaidības braucējs starta sagatavošanas laikā, parādot vietu rovera kodolenerģijas avotam.(Attēla kredīts: NASA/JPL-Caltech)

Plutonijs, kas atradās uz neatlaidības roveru, runā par šīs jaunās pieejas ietekmi. Enerģētikas departaments nebija plānojis piegādāt šo konkrēto kosmosa kuģi ar degvielu. Bet pirmais plutonijs no jaunā ražošanas procesa bija gatavs un tik un tā bija jānovērtē, tāpēc, kad aģentūra noteica, ka tā atbilst NASA prasībām, programmas amatpersonas nolēma turpināt un pabeigt materiāla sagatavošanu pāris gadus pirms grafika, lai pārbaudītu sistēmas, Bīskaps teica. Viņa atzīmēja, ka projekta panākumi palielināja Enerģētikas departamenta pārliecību, ka tas nākotnē var apmierināt NASA vajadzības pēc degvielas.

'Ir patiešām viegli nedaudz pagriezt ciparnīcu, ja mainās misijas projekcija, salīdzinot ar to, ka ciparnīca ir izslēgta, un tagad jums tā jāieslēdz un jāgaida, līdz tā sasilst un iekļūst procesā,' viņa sacīja. 'Tagad tas vairāk ir precizējums.'

Kamēr Enerģētikas departaments palielina plutonija ražošanu, NASA strādā pie nākamās paaudzes energosistēmu izstrādes, kas turēs šo plutoniju, sacīja Zakrajsek, un darbs bija vērsts uz divām dažādām pieejām.

Viens, ko sauc par dinamisku radioizotopu barošanas avotu, var būt trīs vai četras reizes efektīvāks par pašreizējo standartu-daudzmisiju radioizotopu termoelektrisko ģeneratoru (MMRTG). Tomēr dinamiskā sistēma ir sarežģīta, jo, kā norāda nosaukums, tajā ir iekļautas kustīgās daļas.

'Kosmoss ir grūts, un tas ir patiešām grūti sistēmām, kas pārvietojas,' sacīja Zakrajseks. NASA pašlaik strādā pie šādas sistēmas izstrādes, kas potenciāli varētu būt gatava izmēģinājuma lidojumam uz Mēness gandrīz desmitgades beigās, viņa atzīmēja.

Otrā pieeja balstās uz pašas NASA mantojumu, kura pamatā ir pašas pirmās kosmosa kuģu kodolenerģijas sistēmas. Šī sistēma būtu efektīvāka vispārējas nozīmes siltuma avota (GPHS) RTG vienību versija, kas lidoja uz Galileo, Cassini un New Horizons. Zakrajsek teica, ka šāda veida enerģijas avots būtu īpaši pievilcīgs lielākām misijām, kas dodas uz Neptūnu vai Urānu.

Attēlu kombinācija parāda, kā Neptūns un tā lielākais mēness Tritons 1989. gadā varēja parādīties tuvojošajam kosmosa kuģim Voyager 2.

Attēlu kombinācija parāda, kā Neptūns un tā lielākais mēness Tritons 1989. gadā varēja parādīties tuvojošajam kosmosa kuģim Voyager 2.(Attēla kredīts: NASA)

Nejauši Rimērs vadīja komandu, kas pētīja, kā varētu izpētīt tikai šādu hipotētisku misiju Neptūns un tā lielākais mēness - Tritons. Viņa aprakstīja izaicinošo procesu, mēģinot “noskūt katru vatu un gramu, ko varam” no instrumentiem, lai tiktu galā ar palaišanas iespēju un barošanas avotu ierobežojumiem, nezaudējot zinātniskos mērķus.

'Tas ir milzīgs darbs, jo tā ir viena no lietām, ko mēs varam kontrolēt,' viņa teica. 'Fizika jums saka, cik daudz enerģijas jums ir nepieciešams, lai izdzīvotu, lai sasniegtu savu mērķi, taču mums ir zinātnieki un inženieri, kuri faktiski var optimizēt, cik daudz enerģijas jums ir jāizmanto, kad jūs tur nokļūstat, tāpēc mēs uz to koncentrējamies diezgan daudz.'

Pamatojoties uz pašreizējiem ražošanas grafikiem, ja vienīgais iepriekšējais kosmosa kuģis, kas izmantoja kodolenerģiju, bija spāres misija, tad tikai nedaudz pietiktu plutonija, lai darbinātu hipotētisko Neptūna/Tritona misiju.

Tomēr pastāv iespēja, ka rindai pievienosies vēl viena misija. NASA drīz paziņos, kurš no tiem četri finālisti tas ir izvēlējies mazāko Atklāšanas klase no misijām. (Šajā programmā ir iekļauti kosmosa kuģi, piemēram, Lunar Reconnaissance Orbiter un Marsa ģeoloģijas nolaišanās iekārta InSight, kā arī turpmākās asteroīdu misijas Lūsija un Psihe.)

Viens no četriem finālistiem, Tridents, izpētītu Tritonu un paļautos uz divām kodolenerģijas vienībām. Iespējams, ka, izvēloties šo misiju, NASA izlaidīs lielāku Neptūna/Tritona ideju, lai izvairītos no zinātniskā darba dublēšanās, taču ir daudz citu tālu pasauļu, kuras ir vērts izpētīt. Un pastāvīgais trūkuma rēgs norāda uz ierobežojumiem, kas zinātniekiem joprojām ir jāatceras, apsverot nākotnes kosmosa kuģus.

Tas ir tikai tas ierobežojums, ko NASA cer, ka atjaunotā partnerība ar Enerģētikas departamentu tiks novērsta.

'Ja plutonijs visu laiku tiktu ražots konsekventi, tad mums būtu jauki lieli tā krājumi,' sacīja Rimers. 'Es ceru, ka tāda būs situācija, kurā mēs nonāksim ne pārāk daudzus gadus.'

Nosūtiet e -pastu Meghan Bartels uz e -pastu mbartels@guesswhozoo.com vai sekojiet viņai Twitter @meghanbartels. Seko mums vietnē Twitter @Spacedotcom un Facebook.