O Mars Science Laboratory, lançado há três dias na manhã de sábado, 26 de novembro, está atualmente a caminho do Planeta Vermelho - uma jornada que levará quase nove meses. Quando chegar na primeira semana de agosto de 2012, a MSL começará a investigar o solo e a atmosfera dentro da Cratera Gale, buscando as dicas mais fracas da vida passada. E, ao contrário dos rovers anteriores que usavam energia solar, a MSL será movida a energia nuclear, gerando sua energia através da decomposição de quase 8 libras de plutônio-238. Isso potencialmente manterá o rover da próxima geração funcionando por anos ... mas o que alimentará futuras missões de exploração agora que a NASA talvez não consiga mais financiar a produção de plutônio?
O Pu-238 é um isótopo do elemento radioativo que não é do tipo armamento, usado pela NASA há mais de 50 anos para abastecer naves espaciais de exploração. Voyagers, Galileo, Cassini ... todos tinham geradores termoelétricos de radioisótopos (RTGs) que geravam energia via Pu-238. Mas a substância não está em produção nos EUA desde o final dos anos 80; todo o Pu-238 foi produzido na Rússia. Mas agora resta apenas o suficiente para mais uma ou duas missões e o plano orçamentário de 2012 ainda não aloca financiamento para o Departamento de Energia continuar a produção.
De onde virá o combustível futuro? Como a NASA irá alimentar sua próxima linha de exploradores robóticos? (E por que não há mais pessoas preocupadas com isso?)
O astrônomo amador, professor e blogueiro David Dickinson entrou em detalhes sobre esse dilema em um artigo informativo escrito no início deste ano. Aqui estão alguns trechos de seu post:
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Ao deixar nosso planeta justo, a massa é tudo. Sendo o espaço um lugar difícil, você deve trazer quase tudo o que precisa, incluindo combustível, com você. E sim, mais combustível significa mais massa, significa mais combustível, significa ... bem, você entendeu. Uma maneira de contornar isso é usar a energia solar disponível para geração de energia, mas isso só funciona bem no sistema solar interno. Dê uma olhada nos painéis solares da espaçonave Juno com destino a Júpiter no próximo mês… essas coisas têm que serimenso para tirar proveito da potência solar relativamente fraca disponível ... tudo isso é devido ao nosso amigo, a lei do inverso do quadrado que governa todas as coisas eletromagnéticas, inclusive a luz.
Para operar nos arredores deprofundoespaço, você precisa de uma fonte de energia confiável. Para agravar os problemas, quaisquer operações de superfície prospectivas na Lua ou em Marte devem poder utilizar energia por longos períodos de operação sem sol; um posto avançado lunar enfrentaria noites com cerca de duas semanas terrestres, por exemplo. Para esse fim, a NASA historicamente usou Geradores Térmicos de Radioisótopos (RTGs) como uma "usina elétrica" para missões espaciais de longo prazo. Eles fornecem uma fonte de combustível leve e de longo prazo, gerando de 20 a 300 watts de eletricidade. A maioria é do tamanho de uma pessoa pequena e os primeiros protótipos voaram na sonda Transit-4A e 5BN1 / 2 no início dos anos 60. As naves Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo e Cassini todos ostentam Pu238 RTGs alimentados. As naves Viking 1 e 2 também tinham RTGs, assim como os experimentos de longo prazo do Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) que os astronautas da Apollo colocaram na Lua. Uma missão ambiciosa de retorno de amostras ao planeta Plutão foi proposta em 2003 que teria utilizado um pequeno motor nuclear.
Vídeo: como é realmente o plutônio?
David continua mencionando os perigos inegáveis do plutônio ...
O plutônio édesagradável coisa. É um emissor alfa forte e um metal altamente tóxico. Se inalado, expõe o tecido pulmonar a uma dose local muito alta de radiação, com o risco de câncer. Se ingeridas, algumas formas de plutônio se acumulam em nossos ossos, onde podem danificar o mecanismo de formação de sangue do corpo e causar estragos no DNA. A NASA historicamente identificou a chance de uma falha de lançamento da espaçonave New Horizons em 350 para 1 contra, o que mesmo assim não necessariamente romperia o RTG e liberaria os 11 kg de dióxido de plutônio no meio ambiente. Amostras realizadas no local de descanso do Pacífico Sul da mencionada reentrada da Apollo 13 LM do estágio de subida do Módulo Lunar, por exemplo, sugerem que a reentrada do RTG NÃO rompeu o contêiner, pois nunca foi encontrada contaminação por plutônio .
No entanto, os perigos da energia nuclear geralmente ofuscam sua relativa segurança e benefício inconfundível:
Os eventos do cisne negro, como Three Mile Island, Chernobyl e Fukushima, serviram para demonizar todas as coisas nucleares, bem como a visão de que 19ºcidadãos do século tinham de eletricidade. Não se esqueça que as usinas a carvão colocam muitas vezes o equivalente à contaminação radioativa na atmosfera na forma de chumbo210polônio214, gases tório e radônio,todo dia. Detectores de segurança em usinas nucleares são freqüentemente acionados durante inversões de temperatura devido a emissões próximas de usinas de carvão ... a radiação fazia parte do nosso ambiente antes mesmo da Guerra Fria e veio para ficar. Para citar Carl Sagan, "As viagens espaciais são um dos melhores usos de armas nucleares em que consigo pensar ..."
No entanto, aqui estamos nós, com um final definido à vista do fornecimento de "armas" nucleares necessárias para alimentar as viagens espaciais ...
Atualmente, a NASA enfrenta um dilema que afetará severamente a exploração externa do sistema solar na próxima década. Como mencionado, as reservas atuais de plutônio são suficientes para a Curiosidade do Laboratório de Ciências de Marte, que conterá 4,8 quilogramas de dióxido de plutônio e uma última grande e talvez uma pequena missão externa do sistema solar. A MSL utiliza uma nova geração MMRTG (a "MM" significa Multi-Mission) projetada pela Boeing que produzirá 125 watts por até 14 anos. Mas a produção de novo plutônio seria difícil. O reinício da linha de suprimento de plutônio seria um processo demorado e levaria talvez uma década. De fato, existem outras alternativas baseadas em energia nuclear, mas não sem penalidade, por baixa atividade térmica, volatilidade, despesa na produção ou meia-vida curta.
As implicações desse fator podem ser sombrias para viagens espaciais tripuladas e não tripuladas ao sistema solar externo. Juntamente com o que propõe a recente Pesquisa Decadal para Exploração Planetária de 2011, teremos a sorte de ver muitos desses ambiciosos "Battlestar Galactica”- as missões externas do sistema solar acontecem.
Landers, dirigíveis e submersíveis em Europa, Titan e Enceladus funcionarão bem fora do domínio da Sun e precisarão das referidas usinas nucleares para fazer o trabalho ... contrasta isso com a sonda Huygens da Agência Espacial Européia, que pousou em Titan após ser lançado da sonda Cassini da NASA em 2004, que operou por poucas horas com bateria antes de sucumbir aos -179,5 ° C que representam um bom dia agradável na lua de Saturno.
Então, o que uma civilização espacial faz? Certamente, a opção “não ir para o espaço” não é a que queremos sobre a mesa, e o warp ou Faster-Than-Light impulsiona todos os filmes ruins de ficção científica que não estão em nenhum lugar no futuro imediato. Na minha opinião altamente opinativa, a NASA tem as seguintes opções:
Explorar outras fontes de RTG com multa. Como mencionado anteriormente, outras fontes nucleares na forma de isótopos de plutônio, tório e cúrio existem e podem ser concebivelmente incorporadas aos RTGs; todos, no entanto, têm problemas. Alguns têm meias-vidas desfavoráveis; outros liberam pouca energia ou raios gama penetrantes perigosos. Plutônio238 possui alta produção de energia durante uma vida útil apreciável e suas emissões de partículas alfa podem ser facilmente contidas.
Projete novas tecnologias inovadoras.A tecnologia de células solares percorreu um longo caminho nos últimos anos, tornando possível a exploração para a órbita de Júpiter com capacidade de coleta suficiente. O destemidoEspírito eOportunidade Os veículos espaciais de Marte (que continham isótopos de cúrio em seus espectrômetros!) Superaram suas respectivas datas de garantia usando células solares, e a sonda Dawn da NASA atualmente orbita o asteróide Vesta ostenta uma tecnologia inovadora de acionamento por íons.
Pressione para reiniciar a produção de plutônio. Novamente, não é provável ou mesmo viável que isso aconteça no ambiente pós-Guerra Fria de hoje, com dificuldades financeiras. Outros países, como Índia e China, estão procurando "tornar-se nucleares" para acabar com sua dependência do petróleo, mas levaria algum tempo para que qualquer plutônio chegasse à plataforma de lançamento. Além disso, os reatores de potência não são bons produtores de Pu238. A produção dedicada de Pu238 requer reatores de alto fluxo de nêutrons ou reatores "rápidos" especializados, projetados especificamente para a produção de isótopos trans-urânio ...
Com base nas realidades da produção de materiais nucleares, os níveis de financiamento para Pu238 o reinício da produção é assustadoramente pequeno. A NASA deve confiar no DOE para a infraestrutura e o conhecimento necessários, e as soluções para o problema devem se adequar às realidades de ambas as agências.
E essa é a realidade sombria de um admirável mundo novo sem plutônio que a NASA enfrenta; talvez a solução venha como uma combinação de alguns ou de todos os itens acima. A próxima década será repleta de crises e oportunidades ... o plutônio nos dá uma espécie de barganha prometeana com seu uso; podemos construir armas e nos matar com elas, ou podemos herdar as estrelas.
Agradecimentos a David Dickinson pelo uso de seu excelente artigo; não deixe de ler a versão completa em seu site Astro Guyz aqui (e siga David no Twitter @astroguyz.) Verifique também este artigo de Emily Lakdawalla, da The Planetary Society, sobre como foi criada a unidade RTG para Curiosity.
"Há pessoas que legitimamente sentem que isso simplesmente não é uma prioridade, que não há dinheiro suficiente e não é problema deles. Mas acho que se você tentar dar um passo atrás e olhar para a floresta e não apenas para as árvores individuais, essa é uma das coisas que nos ajudou a nos tornar uma potência tecnológica. O que fizemos com a exploração espacial robótica é algo que as pessoas não apenas nos EUA, mas em todo o mundo, podem admirar. ”
- Ralph McNutt, cientista planetário do Laboratório de Física Aplicada (APL) da Johns Hopkins University
(Crédito da imagem superior © 2011 Theodore Gray periodictable.com; usado com permissão.)
