Le Mars Science Laboratory, lancé il y a trois jours dans la matinée du samedi 26 novembre, est actuellement en route vers la planète rouge - un voyage qui prendra près de neuf mois. À son arrivée la première semaine d'août 2012, MSL commencera à enquêter sur le sol et l'atmosphère dans le cratère Gale, à la recherche des plus faibles indices de la vie passée. Et contrairement aux rovers précédents qui fonctionnaient à l'énergie solaire, MSL sera à propulsion nucléaire, générant son énergie par la décroissance de près de 8 livres de plutonium-238. Cela permettra potentiellement au rover de nouvelle génération de fonctionner pendant des années… mais qu'est-ce qui alimentera les futures missions d'exploration maintenant que la NASA pourrait ne plus être en mesure de financer la production de plutonium?
Le Pu-238 est un isotope non radioactif de l'élément radioactif, utilisé par la NASA depuis plus de 50 ans pour alimenter les engins spatiaux d'exploration. Voyagers, Galileo, Cassini… avaient tous des générateurs thermoélectriques (RTG) à radio-isotopes qui produisaient de l'énergie via le Pu-238. Mais la substance n'a pas été produite aux États-Unis depuis la fin des années 80; tout le Pu-238 a depuis été produit en Russie. Mais il ne reste plus que suffisamment pour une ou deux missions supplémentaires et le plan budgétaire 2012 ne prévoit pas encore de financement pour que le Département de l'énergie poursuive sa production.
D'où proviendra le futur carburant? Comment la NASA alimentera-t-elle sa prochaine gamme d'explorateurs robotiques? (Et pourquoi plus de gens ne s’inquiètent-ils pas de cela?)
L'astronome, enseignant et blogueur amateur David Dickinson est entré dans les détails de cette énigme dans un article informatif écrit plus tôt cette année. Voici quelques extraits de son billet:
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En quittant notre belle planète, la masse est tout. L'espace étant un endroit difficile, vous devez apporter presque tout ce dont vous avez besoin, y compris le carburant, avec vous. Et oui, plus de carburant signifie plus de masse, signifie plus de carburant, signifie… eh bien, vous avez l'idée. Une solution consiste à utiliser l'énergie solaire disponible pour la production d'électricité, mais cela ne fonctionne bien que dans le système solaire interne. Jetez un œil aux panneaux solaires du vaisseau spatial Juno à destination de Jupiter le mois prochain… ces choses doivent êtreénorme afin de profiter de la puissance solaire relativement faible qui lui est disponible… tout cela grâce à notre ami la loi du carré inverse qui régit tout électromagnétique, lumière comprise.
Pour opérer dans les environs deProfondl'espace, vous avez besoin d'une source d'alimentation fiable. Pour aggraver les problèmes, toute opération de surface potentielle sur la Lune ou Mars doit pouvoir utiliser l'énergie pendant de longues périodes de fonctionnement sans soleil; un avant-poste lunaire ferait face à des nuits d'environ deux semaines terrestres, par exemple. À cette fin, la NASA a toujours utilisé des générateurs thermiques de radioisotopes (RTG) comme «centrale électrique» pour des missions spatiales à long terme. Ceux-ci fournissent une source de carburant légère et à long terme, générant de 20 à 300 watts d'électricité. La plupart sont de la taille d'une petite personne, et les premiers prototypes ont volé sur le vaisseau spatial Transit-4A & 5BN1 / 2 au début des années 60. Les vaisseaux spatiaux Pioneer, Voyager, New Horizons, Galileo et Cassini arborent tous des Pu238 RTG alimentés. Les vaisseaux spatiaux Viking 1 et 2 possédaient également des RTG, tout comme les expériences à long terme du paquet d'expériences de surface lunaire Apollo (ALSEP) que les astronautes d'Apollo ont placés sur la Lune. Une ambitieuse mission de retour d'échantillons sur la planète Pluton a même été proposée en 2003 qui aurait utilisé un petit moteur nucléaire.
Vidéo: à quoi ressemble vraiment le plutonium?
David poursuit en mentionnant les dangers indéniables du plutonium…
Le plutonium estméchant des trucs. C'est un émetteur alpha puissant et un métal hautement toxique. En cas d'inhalation, il expose le tissu pulmonaire à une très forte dose de rayonnement local avec le risque de cancer associé. En cas d'ingestion, certaines formes de plutonium s'accumulent dans nos os où il peut endommager le mécanisme de formation de sang du corps et faire des ravages avec l'ADN. La NASA avait historiquement déterminé une chance d'échec de lancement du vaisseau spatial New Horizons à 350 contre 1, ce qui ne casserait pas nécessairement le RTG et ne libérerait pas les 11 kilogrammes de dioxyde de plutonium contenus dans l'environnement. L'échantillonnage effectué autour du lieu de repos du Pacifique Sud de la rentrée susmentionnée d'Apollo 13 LM de l'étape de remontée du module lunaire, par exemple, suggère que la rentrée du RTG n'a PAS rompu le conteneur, car aucune contamination au plutonium n'a jamais été trouvée. .
Pourtant, les dangers de l'énergie nucléaire éclipsent souvent sa sécurité relative et ses avantages indéniables:
Les événements du cygne noir tels que Three Mile Island, Tchernobyl et Fukushima ont servi à diaboliser tout ce qui est nucléaire, tout comme l'idée que 19eles citoyens du siècle avaient de l'électricité. Peu importe que les centrales au charbon mettent plusieurs fois l'équivalent d'une contamination radioactive dans l'atmosphère sous forme de plomb210, polonium214, thorium et radon,tous les jours. Les détecteurs de sécurité dans les centrales nucléaires sont souvent déclenchés lors des inversions de température en raison des émissions des centrales au charbon à proximité ... le rayonnement faisait partie de notre environnement avant même la guerre froide et est là pour rester. Pour citer Carl Sagan, «les voyages dans l'espace sont l'une des meilleures utilisations des armes nucléaires auxquelles je puisse penser…»
Pourtant, nous sommes là, avec une fin définitive en vue de la fourniture des «armes» nucléaires nécessaires pour alimenter les voyages spatiaux…
Actuellement, la NASA fait face à un dilemme qui mettra un frein sévère à l'exploration du système solaire externe au cours de la prochaine décennie. Comme mentionné, les réserves actuelles de plutonium sont à peu près suffisantes pour la curiosité du Mars Science Laboratory, qui contiendra 4,8 kilogrammes de dioxyde de plutonium, et une dernière grande et et peut-être une petite mission du système solaire externe. MSL utilise un MMRTG de nouvelle génération (le «MM» signifie Multi-Mission) conçu par Boeing qui produira 125 watts pendant 14 ans. Mais la production de nouveau plutonium serait difficile. Le redémarrage de la ligne d'approvisionnement en plutonium serait un processus long et pourrait prendre une décennie. Il existe en effet d'autres alternatives à base nucléaire, mais non sans pénalité, que ce soit en termes de faible activité thermique, de volatilité, de dépenses de production ou de courte demi-vie.
Les implications de ce facteur peuvent être sinistres pour les voyages spatiaux habités et non habités vers le système solaire externe. Juxtaposé à ce que propose la récente enquête décennale pour l'exploration planétaire de 2011, nous aurons la chance de voir bon nombre de ces ambitieux »Battlestar Galactica»–Les missions du système solaire extérieur se réalisent.
Les atterrisseurs, dirigeables et submersibles sur Europa, Titan et Enceladus fonctionneront tous bien hors du domaine du Soleil et auront besoin desdites centrales nucléaires pour faire le travail ... contraste avec la sonde Huygens de l'Agence spatiale européenne, qui a atterri sur Titan après avoir été sorti du vaisseau spatial Cassini de la NASA en 2004, qui a fonctionné pendant des heures sur la batterie avant de succomber aux températures de -179,5 ° C qui représentent une belle journée douce sur la lune saturnienne.
Alors, que doit faire une civilisation spatiale? Certes, l'option «ne pas aller dans l'espace» n'est pas celle que nous voulons sur la table, et la distorsion ou Faster-Than-Light entraîne tous les mauvais films de science-fiction ne sont nulle part dans un avenir immédiat. À mon avis, la NASA a les options suivantes:
Exploitez d'autres sources RTG sous peine. Comme mentionné précédemment, d'autres sources nucléaires sous forme d'isotopes du plutonium, du thorium et du curium existent et pourraient être incorporées dans les RTG; cependant, tous ont des problèmes. Certains ont des demi-vies défavorables; d'autres libèrent trop peu d'énergie ou des rayons gamma pénétrants dangereux. Plutonium238 a une production d'énergie élevée tout au long d'une durée de vie appréciable et ses émissions de particules alpha peuvent être facilement contenues.
Concevoir de nouvelles technologies innovantes.La technologie des cellules solaires a parcouru un long chemin ces dernières années, ce qui rend peut-être l'exploration sur l'orbite de Jupiter possible avec une zone de collecte suffisante. Le courageuxEsprit etOpportunité Les rovers de Mars (qui contenaient des isotopes de curium dans leurs spectromètres!) Ont bien dépassé leurs dates de garantie respectives en utilisant des cellules solaires, et le vaisseau spatial Dawn de la NASA actuellement en orbite autour de l'astéroïde Vesta arbore une technologie innovante d'entraînement ionique.
Pousser pour redémarrer la production de plutonium. Encore une fois, il n’est pas probable ni même réalisable que cela se produise dans l’environnement de l’après-guerre froide, actuellement en difficulté financière. D'autres pays, tels que l'Inde et la Chine, cherchent à «passer au nucléaire» pour briser leur dépendance au pétrole, mais il faudrait du temps pour que le plutonium à effet de ruissellement atteigne la rampe de lancement. De plus, les réacteurs de puissance ne sont pas de bons producteurs de Pu238. La production dédiée de Pu238 nécessite soit des réacteurs à flux neutronique élevé, soit des réacteurs «rapides» spécialisés spécialement conçus pour la production d'isotopes trans-uranifères…
Sur la base des réalités de la production de matières nucléaires, les niveaux de financement de Pu238 le redémarrage de la production est terriblement faible. La NASA doit s'appuyer sur le DOE pour l'infrastructure et les connaissances nécessaires et les solutions au problème doivent correspondre aux réalités des deux agences.
Et c'est la sombre réalité d'un nouveau monde courageux sans plutonium qui affronte la NASA; peut-être que la solution viendra d'une combinaison de tout ou partie de ce qui précède. La prochaine décennie sera riche en crises et en opportunités… le plutonium nous donne une sorte de marché prométhéen avec son utilisation; nous pouvons soit fabriquer des armes et nous en tuer, soit hériter des étoiles.
Merci à David Dickinson pour l'utilisation de son excellent article; assurez-vous de lire la version complète sur son site Astro Guyz ici (et suivez David sur Twitter @astroguyz.) Consultez également cet article d'Emily Lakdawalla de The Planetary Society sur la façon dont l'unité RTG pour Curiosity a été faite.
«Il y a des gens qui ont légitimement l'impression que ce n'est tout simplement pas une priorité, qu'il n'y a pas assez d'argent et que ce n'est pas leur problème. Mais je pense que si vous essayez de prendre du recul et de regarder la forêt et pas seulement les arbres individuels, c'est l'une des choses qui nous a aidés à devenir une puissance technologique. Ce que nous avons fait avec l'exploration spatiale robotique est quelque chose que les gens, non seulement aux États-Unis, mais dans le monde entier, peuvent admirer. "
- Ralph McNutt, scientifique planétaire au Laboratoire de physique appliquée (APL) de l’Université Johns Hopkins
(Top image crédit © 2011 Theodore Gray periodictable.com; utilisé avec permission.)
