Планирование будущих миссий NASA в далекий космос под угрозой. Причина – проблема с выработкой радиоактивного плутония-238 в США. В течение последних десятилетий этот материал стал незаменимой компонентой космических аппаратов, запускаемых во внешние области Солнечной системы.
Если околоземным, лунным, марсианским аппаратам, и тем, что работают во внутренних областях Солнечной системы, для электроснабжения обычно достаточно солнечных батарей, то вдали от Солнца этого источника энергии уже недостаточно. К примеру, на расстоянии Юпитера мощность солнечного излучения составляет всего 4% от уровня на орбите Земли. Поэтому ученые нашли выход – использовать на борту аппаратов радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ), производящий тепло и электроэнергию и обеспечивающий работоспособность кораблей далеко от Солнца, в отсутствии других источников энергии.
РИТЭГ использует тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов (плутония-238).
Тепло преобразуется в электроэнергию с помощью термопары, что позволяет упростить конструкцию и сделать ее надежнее. Выходная мощность, конечно, невелика (сотни или десятки ватт), КПД также не поражает воображение (меньше десятка процентов), зато там нет движущихся частей и не требуется никакого обслуживания на протяжении десятилетий, чем не может похвастаться ни один химический аккумулятор.
Проблема в том, что производство плутония-238 дорого и трудозатратно. К тому же большая часть существующих в мире запасов была наработана еще в годы холодной войны. В США производство плутония-238 было прекращено в 1988 году. Однако плутоний-238 требовался для космических миссий,
и с 1992 года США в течение пяти лет закупали его у бывшего соперника — России.
Поняв свою уязвимость перед недостатком дорогостоящего сырья, несколько лет назад Министерство энергетики США возобновило производство плутония, получив первую партию.
Однако последние новости с этого производства заставили ученых с тревогой взглянуть на будущее американских космических миссий.
На днях Счетная палата США выпустила отчет, согласно которому проблемы с производством плутония-238 «могут поставить под угрозу возможность использования РИТЭГов, как источник питания в будущих миссиях».
В настоящее время у NASA осталось менее 34 кг плутония-238, а, поскольку он распадается, то лишь половина этих запасов пригодна к использованию в космических миссиях.
Этого уже не хватит для снаряжения миссии масштаба Cassini, которому требовалось более 22 кг плутония.
Поэтому ученые говорят об угрозе осуществлению будущих миссий в дальний космос, с помощью которых планируется изучение лун Юпитера и Сатурна, полет к Урану, Нептуну и Плутону и т.д. «Все эти миссии требуют ядерной энергии», --считает Алан Штерн, бывший глава NASA, руководитель миссии New Horizons mission.
С момента возобновления производства США получили только 100 грамм плутония, очередные 100 грамм будут наработаны этой осенью.
Джим Грин, глава планетного подразделения NASA, выражал оптимизм по поводу производства плутония, ведь в планах Министерства энергетики было нарастить производство до полукилограмма в год к 2019 году. «Думаю, мы в неплохой форме на ближайшие десятилетия, — заявил Грин по поводу завершения миссии Cassini в сентябре. – В наших планах накопить запас плутония и не позволить ему ограничивать наши миссии».
Однако данные, приведенные в отчете Счетной палаты, не внушают таких надежд: эксперты опасаются, что NASA может исчерпать запасы плутония после 2025 года. Аудиторы Счетной палаты провели 18 месяцев, изучая производство плутония и выявили множество слабых мест, связанных с химическим производством, делопроизводством и возможностью масштабировать процесс.
«Реактора нет. Он разобран. Башня-охладитель снесена в начале 90-х, — пояснил Ральф Макнутт, ведущий ученый в лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, — Все это исчезло».
Для производства плутония-238 используется нептуний-237, который поставляется Национальной лаборатории в Айдахо в Ок-риджскую национальную лабораторию, где в течение года мишени из него бомбардируются и получается небольшое количество плутония-238.
Однако, согласно отчету, это производство все еще находится «в экспериментальной фазе», а для промышленного производства плутония мишени из нептуния необходимо делать в пять раз быстрее. Кроме того, в производстве должно быть задействовано на 50% больше персонала, обучение которого занимает около двух лет.
Пока лишь одна межпланетная миссия разрабатываемая NASA, требует использования РИТЭГа – марсоход, который будет запущен в 2020 году, и ее реализации опасность остаться без питания не угрожает. Чтобы производство плутония не помешало отправке более поздних миссий, Министерство энергетики и NASA должно прислушаться к рекомендациям Счетной палаты.