11 월 26 일 토요일 아침 3 일 전에 시작된 Mars Science Laboratory는 현재 약 9 개월이 걸리는 여행 인 붉은 행성으로 향하고 있습니다. 2012 년 8 월 첫째 주에 도착하면 MSL은 게일 분화구 내에서 토양과 대기를 조사하여 과거의 삶에 대한 가장 희미한 힌트를 찾기 시작할 것입니다. 태양 에너지로 작동했던 이전 로버와 달리 MSL은 거의 8 파운드의 플루토늄 -238의 붕괴를 통해 에너지를 생성하는 원자력 발전이 될 것입니다. 이렇게하면 차세대 로버가 몇 년 동안 계속 가동 될 것입니다. 그러나 NASA가 더 이상 플루토늄 생산에 자금을 지원할 수 없게되면서 미래의 탐사 임무에 연료를 공급하는 것은 무엇입니까?
Pu-238은 NASA가 50 년 이상 탐사 우주선에 연료를 공급하는 데 사용되는 비 무기 등급의 방사성 원소 동위 원소입니다. Voyagers, Galileo, Cassini… 모두 Pu-238을 통해 전력을 생성하는 방사성 동위 원소 열전 발전기 (RTG)를 가지고있었습니다. 그러나이 물질은 1980 년대 후반부터 미국에서 생산되지 않았다. 모든 Pu-238은 이후 러시아에서 생산되었습니다. 그러나 이제는 하나 이상의 임무를 수행하기에 충분한 양만 남았으며 2012 예산 계획은 아직 에너지 부가 생산을 계속할 자금을 할당하지 않았습니다.
미래의 연료는 어디에서 오는가? NASA는 차세대 로봇 익스플로러 라인업에 어떤 힘을 줄까요? (그리고 왜 더 많은 사람들이 이것에 대해 걱정하지 않습니까?)
아마추어 천문학 자, 교사 및 블로거 David Dickinson은 올해 초 작성된 유익한 기사에서이 수수께끼에 대해 자세히 설명했습니다. 그의 게시물에서 발췌 한 내용은 다음과 같습니다.
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우리의 공정한 행성을 떠날 때 질량은 모든 것입니다. 우주는 가혹한 곳이기 때문에 연료를 포함하여 필요한 모든 것을 가지고 다녀야합니다. 그렇습니다. 더 많은 연료는 더 많은 질량을 의미하고 더 많은 연료를 의미합니다. 이를 해결하는 한 가지 방법은 발전에 사용 가능한 태양 에너지를 사용하는 것이지만 이것은 내부 태양계에서만 잘 작동합니다. 다음 달에 목성으로 향한 Juno 우주선의 태양 전지판을 살펴보십시오…거대한 상대적으로 약한 태양 광 와트를 이용하기 위해… 이것은 전자기, 빛을 포함한 모든 것을 지배하는 역 제곱 법이라는 친구 때문입니다.
환경에서 작동하려면깊은공간, 당신은 신뢰할 수있는 전원이 필요합니다. 문제를 복잡하게하기 위해, 달이나 화성의 모든 표면 작업은 태양이없는 긴 작업 기간 동안 에너지를 활용할 수 있어야합니다. 예를 들어 달의 전초 기지에서는 지구의 길이가 약 2 주일 인 밤에 직면하게됩니다. 이를 위해 NASA는 역사적으로 장기 우주 임무를위한 전기“발전소”로 방사성 동위 원소 열 발생기 (RTG)를 사용했습니다. 이들은 20-300 와트의 전기로 생성되는 경량의 장기적인 연료 공급원을 제공합니다. 대부분은 작은 사람의 크기에 불과하며 최초의 프로토 타입은 60 년대 초반 Transit-4A 및 5BN1 / 2 우주선에서 비행했습니다. 개척자, 보이저, 뉴 호라이즌, 갈릴레오, 카시니 우주선 모두 Pu238 강화 된 RTG. 바이킹 1 호와 2 호 우주선에는 아폴로 우주 비행사가 달에 배치 한 장기 아폴로 달 표면 실험 패키지 (ALSEP) 실험과 마찬가지로 RTG가있었습니다. 2003 년에 작은 핵 엔진을 활용 한 행성 명왕성에 대한 야심 찬 샘플 반환 임무가 제안되었습니다.
비디오 : 플루토늄은 실제로 어떤 것입니까?
다윗은 플루토늄의 부인할 수없는 위험에 대해 계속 언급합니다…
플루토늄은추잡한 물건. 강한 알파 이미 터이며 독성이 강한 금속입니다. 흡입하면 암에 걸릴 위험이있는 폐 조직을 매우 높은 국소 방사선 량에 노출시킵니다. 섭취하면 일부 형태의 플루토늄이 뼈에 축적되어 신체의 혈액 형성 메커니즘을 손상시키고 DNA로 혼란을 일으킬 수 있습니다. NASA는 역사적으로 350 ~ 1 대 New Horizons 우주선의 발사 실패 가능성을 예견했지만 RTG를 파열시키고 포함 된 11 킬로그램의 이산화 플루토늄을 환경에 방출 할 필요는 없었습니다. 예를 들어, 음력 모듈의 상승 단계에서 앞서 언급 한 Apollo 13 LM 재진입의 남태평양 휴게소에서 샘플링을 실시한 결과, 플루토늄 오염이 발견되지 않았기 때문에 RTG의 재진입으로 컨테이너가 파열되지 않았 음을 알 수 있습니다. .
그러나 원자력의 위험은 종종 상대적 안전과 명백한 이점을 어둡게합니다.
스리 마일 섬, 체르노빌, 후쿠시마와 같은 검은 백조 사건은 핵무기의 모든 것을 악마 화하는 데 기여했습니다.일세기 시민은 전기를 가지고 있었다. 석탄 화력 발전소는 납의 형태로 대기에 여러 배의 방사성 오염 물질을 넣었다는 사실을 염두에 두지 마십시오.210폴로늄214토륨 및 라돈 가스,매일. 원자력 발전소의 안전 감지기는 종종 근처의 석탄 발전소 배출로 인해 온도가 반전되는 동안 트리거됩니다. 방사선은 냉전 이전에도 환경의 일부였으며 여기에 있습니다. Carl Sagan은 "우주 여행은 내가 생각할 수있는 가장 좋은 핵무기 중 하나입니다."
그러나 우리는 우주 여행에 전력을 공급하는 데 필요한 핵무기 공급에 대해 명확한 시야를 확보하고 있습니다.
현재 NASA는 향후 10 년 동안 외부 태양계 탐사에 심각한 댐퍼를 놓을 딜레마에 직면 해 있습니다. 언급 한 바와 같이, 현재의 플루토늄 매장량은 화성 과학 실험실 호기심에 충분합니다. 여기에는 4.8 킬로그램의 이산화 플루토늄과 하나의 마지막 크고 작은 외부 태양계 임무가 포함될 것입니다. MSL은 Boeing이 설계 한 차세대 MMRTG ( "MM"은 다중 미션을 나타냄)를 사용하여 최대 14 년 동안 125 와트를 생산합니다. 그러나 새로운 플루토늄의 생산은 어려울 것입니다. 플루토늄 공급 라인의 재시작은 시간이 오래 걸리고 아마도 10 년이 걸릴 것입니다. 다른 핵 기반 대안들이 실제로 존재하지만, 낮은 열 활동, 휘발성, 생산 비용 또는 짧은 반감기에 페널티가없는 것은 아니다.
이 요소의 영향은 유인 우주 공간과 무인 우주 여행이 모두 외부 태양계로 이동하는 데있어 어려울 수 있습니다. 최근의 행성 탐사를위한 2011 년 10 월 조사에서 제안한 것에 반대하여, 우리는 그 야심 찬 "배틀 스타 갤럭티카”– 스타일의 외부 태양계 임무가 통과되었습니다.
Europa, Titan 및 Enceladus의 착륙선, 소형 연식 비행선 및 잠수정은 모두 태양 영역에서 잘 작동하며 작업을 완료하려면 원자력 발전소가 필요합니다. 유럽 우주국의 Huygens 프로브와는 대조적입니다. 2004 년 NASA의 Cassini 우주선에서 출시 된이 배터리는 토성 달의 멋진 상쾌한 하루를 나타내는 -179.5 C ° 온도에 굴복하기 전에 배터리 전원으로 스캔 한 시간 동안 작동했습니다.
그렇다면 우주를 떠나는 문명은 무엇입니까? 분명히,“공간으로 들어 가지 않는”옵션은 우리가 원하는 테이블이 아니며 워프 또는 Faster-Than-Light는 미래에 아무 나쁜 공상 과학 영화도 찾을 수 없습니다. NASA는 다음과 같은 의견을 제시한다.
페널티에 다른 RTG 소스를 이용. 전술 한 바와 같이, 플루토늄, 토륨 및 큐륨 동위 원소 형태의 다른 핵원이 존재하며 RTG에 포함될 수있다. 그러나 모두 문제가 있습니다. 어떤 이들은 반감기가 좋지 않다. 다른 것들은 너무 적은 에너지 또는 위험한 침투 감마선을 방출합니다. 플루토늄238 눈에 띄는 수명 전체에 걸쳐 높은 에너지 출력을 가지며 알파 입자 방출을 쉽게 포함 할 수 있습니다.
혁신적인 신기술을 설계하십시오.태양 전지 기술은 최근 몇 년 동안 먼 길을 왔으며, 충분한 수집 영역으로 목성의 궤도를 탐험 할 수 있습니다. 럭키정신 과기회 화성 탐사선 (분광계에 Curium 동위 원소가 포함되어 있습니다!)은 태양 전지를 사용하여 각각의 보증 날짜를 지나쳤으며 NASA의 Dawn 우주선은 현재 소행성 Vesta 스포츠에 혁신적인 이온 구동 기술을 공전하고 있습니다.
플루토늄 생산을 다시 시작하려면이 버튼을 누릅니다. 다시 말하지만, 이것이 오늘날 재정적으로 결속 된 냉전 이후 환경에 적용될 가능성은 적거나 불가능합니다. 인도와 중국과 같은 다른 국가들은 석유 의존도를“핵으로”바꾸려고하지만, 어떤 종류의 플루토늄이 발사대에 도달하기까지는 다소 시간이 걸릴 것입니다. 또한, 원자로는 Pu의 좋은 생산자가 아니다238. Pu의 전용 생산238 고 중성자 플럭스 원자로 또는 트랜스 우라늄 동위 원소 생산을 위해 특별히 설계된 특수한 "고속"원자로가 필요합니다.
원자재 생산의 현실을 기반으로 Pu의 자금 수준238 생산 재개는 매우 작습니다. NASA는 필요한 인프라와 지식을 위해 교육청에 의존해야하며 문제에 대한 해결책은 두 기관의 현실에 부합해야합니다.
이것이 바로 NASA에 직면 한 용감한 새로운 플루토늄이없는 세상의 어두운 현실입니다. 아마도 해결책은 위의 일부 또는 전부의 조합으로 올 것입니다. 다음 10 년은 위기와 기회로 가득 차게 될 것입니다 ... 플루토늄은 우리에게 사용에 대한 일종의 Promethean 거래를 제공합니다. 무기를 만들어 무기로 죽이거나 별을 물려받을 수 있습니다.
그의 훌륭한 기사를 사용한 David Dickinson에게 감사합니다. Astro Guyz 사이트에서 정식 버전을 읽고 여기에서 Twitter @astroguyz의 David를 팔로우하십시오. 또한 Planet Planet Society의 Emily Lakdawalla가 호기심을위한 RTG 단위를 어떻게 만들 었는지이 기사를 확인하십시오.
“이것이 단순히 우선 순위가 아니며 돈이 충분하지 않고 문제가 아니라고 합법적으로 느끼는 사람들이 있습니다. 그러나 당신이 물러서서 개별 나무 만이 아닌 숲을 보려고한다면 이것이 기술력의 강국이되게하는 데 도움이 된 것 중 하나입니다. 우리가 로봇 우주 탐사로 한 것은 미국뿐만 아니라 전 세계 사람들이 찾아 볼 수있는 것입니다.”
– Ralph McNutt, Johns Hopkins University의 응용 물리 연구소 (APL)의 행성 과학자
(상단 이미지 크레디트 © 2011 Theodore Grey periodictable.com; 허가와 함께 사용)
