Mars-Mission möglicherweise Vorhang für Plutonium betriebenen Raumsonde

Neueste Mars-Rover der NASA, Neugier, ist eine in einer langen Reihe von Raumfahrzeugen durch das radioaktive Element Plutonium mit Strom versorgt werden. Doch mit dieser Chemikalie schnell knapp, es möglicherweise die letzte Wissenschaftler sorgen.

Neugier ist voraussichtlich Samstag (November 26) auf einer wegweisenden Mission zum roten Planeten zu starten. Wenn die Rover Auto-Größe die Oberfläche des Mars kommenden August erreicht, wird es mit einer speziellen Art von Element, genannt Plutonium-238 betrieben werden.

Seit 50 Jahren NASA hat Plutonium-238 als Brennstoff-Quelle für unbemannte Raumfahrzeuge zu Studie Planeten und andere Objekte im äußeren Sonnensystem verwendet, aber Vorräte an diesem Material sind Trockenlauf.

Ohne zusätzliche Geschäfte des Kraftstoffs ist der Agentur Fähigkeit zur Durchführung von zukünftigen Planetologie in Gefahr. Das ist etwas, was die Vereinigten Staaten einfach nicht leisten können, sagen Wissenschaftler.

"Es ist wie mit einem Auto und kein Benzin im Auto,", sagte Ralph McNutt, planetarische Wissenschaftler am Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory und ein Projektwissenschaftler für die Mission der NASA Messenger zum Merkur. "Die Entwicklung dieses Systems macht stattgefunden hat in den USA mehr als fünf Jahrzehnten, und wir sind kurz davor, alles wegwerfen."

Im Jahr 2009 unter dem gemeinsamen Vorsitz McNutt eines National Research Council (NRC)-Ausschuss, der die Frage der schwindenden Plutonium-238 geprüft. Auf Wunsch der NASA und der Kongress studierte der Ausschuss wie die Mangelware hätte Auswirkungen auf zukünftige Planetologie Missionen und schaute auch Möglichkeiten, das Problem zu lösen. [Video: neue Mars-Rover angetrieben Plutonium]

Die NRC-Bericht wurde im Mai 2009 veröffentlicht, und erklärte, dass Plutonium-238 wurde und wird weiterhin "wesentlich für die US Space Science and Exploration Program." Die Mitglieder des Ausschusses empfohlen, dass inländische Produktion des Materials neu gestartet werden, um der NASA planetary Science-Programm aufrecht zu erhalten und zu Verzögerungen oder gar Stornierungen künftiger Missionen zu vermeiden.

Wenn die Ergebnisse vorgestellt wurden, McNutt und seine Kollegen es "ein Tag der Abrechnung," genannt, weil das Land und die Welt war nahe zu kommen gefährlich läuft komplett aus Plutonium-238.

Das war vor fast drei Jahren, und leider nicht viel seit damals geändert hat.

Schwebt am Rand

"An diesem Punkt, es war sehr ernst, und es ist immer noch eine sehr ernste Situation," sagte Jim Adams, NASA stellvertretender Direktor der Planetologie, SPACE.com. "Es ist ein genug großes Problem, das wir konsequent auf es jetzt für die letzten drei Jahre gearbeitet habe."

Plutonium-238, die anders als die Art von Plutonium in Kernwaffen verwendet, gibt Wärme, die in Strom umgewandelt wird. Das Material ist besonders nützlich bei Missionen, die in dem äußeren Sonnensystem Wagen gewesen wo das spärliche Sonnenlicht effektiv nutzbar gemacht werden kann nicht mit Sonnenkollektoren.

Einige von den meisten produktiven Unbemannte Raumfahrzeuge mit Strom versorgt mit Plutonium-238, einschließlich der Zwilling, die Voyager-Sonden im Jahr 1977 ins Leben gerufen zur Vermessung von Jupiter und Saturn. Die standhaften Sonden sind noch heute am äußersten Rand des Sonnensystems tätig, und seit mehr als 30 Jahren haben sie wesentlich zum Verständnis der äußeren Planeten beigetragen. [Unser Sonnensystem: eine Foto-Tour der Planeten]

Andere Raumfahrzeuge angeheizt mit Plutonium-238 gehören die Galileo-Sonde, die umkreiste Jupiter, die Cassini-Sonde studiert derzeit Saturn und seine Monde und der New Horizons Raumsonde, die auf dem Weg zu Pluto ist.

"Wir hätten 99,9 Prozent unseres Wissens über die äußeren Planeten und ihre Systeme ohne Plutonium-238," sagte McNutt. "Es gibt nur eine riesige Menge, die konnte nicht getan haben. Wenn wir gehen, die Art der Fortschritte, die der Raumfahrt machen möchten und die Art der Fortschritte zu machen, dass die NASA Führung beteiligt, ohne dieses Netzteil nicht. Ohne sie all das wird umsonst gewesen sein."

Die US-Department of Energy (DOE) hat NASA mit Plutonium-238 für Kraftstoff Power Systems, genannt Radioisotop thermoelektrische Generatoren (RTGs) auf Raumschiff seit 1961. Eine Zeitlang wurde das Material auch aus Russland, gekauft, aber das Angebot inzwischen eine Sackgasse erreicht hat.

Plutonium-238 hat nicht in den Vereinigten Staaten seit den späten 1980er Jahren hergestellt. Das Material ist ein Nebenprodukt der Kernwaffen und wurde zuletzt produziert während des Kalten Krieges, erklärt Roger Launius, Raum Geschichte Kurator am Smithsonian National Air and Space Museum in Washington, D.C.

"Die Moral von der Geschichte ist, gibt es eine begrenzte Anzahl von Missionen, die mit Plutonium-238 mit den aktuellen Bestand, die wir betrieben werden können", sagte Launius SPACE.com.

Dieser Mangel an Plutonium-238 hat seit mehreren Jahren ein bekanntes Problem in der Wissenschaftsgemeinschaft, aber der NRC-Bericht 2009 war ein böses Erwachen, wie schlimm die Situation wirklich ist, sagte Alan Stern, Leiter der NASA New Horizon Mission zum Pluto und planetarische Wissenschaftler am Southwest Research Institute.

"Es ist nicht zu viel von einer Strecke zu sagen, dass die Zukunft eine gesunde Führungsposition für die USA in 21^St-Jahrhundert Planetologie hängt vom Zugang zu Plutonium-238,", sagte Stern, der auch stellvertretender Administrator der NASA Science Mission Directorate von 2007 bis 2008 war.

Aussichten für die Zukunft

Die genaue Menge an Plutonium-238 noch verfügbar ist nicht öffentlich – das Department of Energy in der Regel solche Informationen unter Verschluss hält. Neugier, auch bekannt als der Mars Science Laboratory, trägt fast 8 Pfund (3,6 kg) des radioaktiven Brennstoffs. Danach schätzen Wissenschaftler, dass es genug Plutonium-238 Links für nur eine weitere Flaggschiff planetarische Mission gibt.

"Wir sind bis auf eine weitere Reise einige Ausflüge zu tun, und das ist es,", sagte Stern. "Es ist einfach verrückt. Werden, close to the Edge, bevor wir aus der Fähigkeit sind ist unverantwortlich."

Anfang dieses Jahres veröffentlicht der National Research Council seine Planetary Science dekadische Umfrage, die einen Konsens der breiten wissenschaftlichen Gemeinschaft Ziele für Planetologie in den nächsten 10 Jahren vertreten. Die höchsten Prioritäten in der dekadische Umfrage enthalten eine Reihe von Probe wieder Missionen zum Mars und eine Mission zu eisigen Jupitermond Europa zu erkunden.

Die geschätzten $ 4,7 Milliarden Europa Mission, genannt der Jupiter Europa Orbiter, müsste eine RTG-Energiequelle angetrieben durch Plutonium-238.

"Wir haben genug Plutonium in unserem Vorrat jetzt auf die Bedürfnisse der NASA bis zum Ende des Jahrzehnts – bis 2020 oder so," sagte Adams.

Aber um Explorationsmissionen über diesen Zeitrahmen hinaus zu planen, die Plutonium-238-Mangel wird angegangen werden müssen.

Bisher sagte gibt es keine Ersatz-Machtsystem, das ist so sicher, effektiv und zuverlässig wie Plutonium betriebenen RTGs, McNutt. NASA hat Forschung auf Systeme der nächsten Generation durchführt, bei denen einen größeren Anteil der Wärme aus Plutonium-238 Umwandlung in Strom, die wesentlich weniger Material pro Mission erfordern würde. Aber diese Systeme noch nicht ausreichend getestet werden.

Keine Optionen

McNutt schätzt, dass die Wiederaufnahme der Produktion von Plutonium-238 etwa $ 50 Millionen - bis-$75 Millionen über einen Zeitraum von fünf Jahren kosten würde. Diese Frage der Finanzierung hat in der Regel wo Befürworter der größten Hindernisse gefunden worden. Launius, die auch Teil des 2009 NRC-Komitees war, sagte, der Vorschlag zur Produktion von Plutonium-238 starten kompliziertere Haushaltsfragen im Kongress angesprochen.

"Die DOE war interessiert, NASA, aushelfen und NASA interessierte sich dafür, dass" Launius erklärt. "Keine der beiden Seiten konnte sich mit eine Linie der Produktion und die jährlichen Kosten danach damit verbundenen Wiedererhalt kommen."

Obwohl NASA die primäre Verbraucher wäre, schlug die beiden Agenturen Aufteilung der Produktionskosten.

"[Die] Damhirschkuh ist verantwortlich für die Aufrechterhaltung der nationalen Fähigkeiten, die Entwicklung, Produktion und Sicherheit von Radioisotopen-Power-Systeme für die nationale Sicherheit zu unterstützen und Raum Erkundungsmissionen und es ist bestrebt, diese Mission", sagte Alice Caponiti, Program Director für Infrastrukturfunktionen an das Department of Energy, SPACE.com in einer e-Mail. "Die Verwaltung Haushaltsantrag für FY12 vorgeschlagen, eine Kostenteilungsvereinbarung zwischen DOE und NASA, diese Arbeit zu finanzieren."

Aber die Mittel für die NASA und des US-ENERGIEMINISTERIUMS sind durch zwei separate Kongress Unterausschüsse angeeignet und wichtigsten Gesetzgeber haben es versäumt, eine Einigung zu erzielen, die die DOE gewähren würde die notwendige Finanzierung zur Produktion von Plutonium-238 neu zu starten.

"Ich glaube, es gibt bestimmte Personen auf die Kongressausschüsse Steuerung des Department of Energy, die gegen diese gesetzt sind,", sagte Stern. "sie sind in der Lage, sicherzustellen, dass es nicht passieren, und sie sind schon seit Jahren sehr effektiv. Wir müssen jetzt die Russen uns zur Raumstation bekommen haben, wir können nicht den Mond erkunden die Art, wie, die es war, als ich ein Junge war, und jetzt gehen wir zum Mitnehmen von unserer Fähigkeit, tief äußeren Sonnensystem zu erforschen. Es ist sehr enttäuschend, und es ist lähmend, in die USA Hinsichtlich der Menschen, die Straßensperren dazu, müssen sie ausgesetzt werden. "Deshalb unpatriotisch."

Ein kompliziertes problem

Die fehlende Einigung in dieser Frage verursachte "schweren Frustration" unter den Wissenschaftlern, die die Zukunft der Planetologie als gefährdet sehen, laut McNutt.

"Wenn ich könnte, ich einen Scheck für $ 10 Millionen schreiben würde," sagte er. "Gegeben, was wir reden, und wo wir sind, von außen betrachtet, würde nicht dazu scheinen eine sehr"Billigstanbieter aber darüber"Entscheidung."

Darüber hinaus auch wenn Produktion des Materials sofort beginnen könnte, würde es Jahre dauern, bevor eine neue Filiale von Plutonium-238 zur Verfügung steht.

"Es ist nicht wie einen Lichtschalter umlegen," sagte McNutt. "Es gibt eine gewisse Zeit, die es braucht, um das Plutonium-238 zu kochen. Viele chemische Prozesse müssen auftreten, und alle diese Dinge brauchen Zeit."

Caponiti sagte noch, das DOE arbeitet, um die Produktion von diesen wertvollen Rohstoff, starten die Anwendungen für die nationale Sicherheit sowie hat. Aber auch die Frage der Finanzierung hängt in der Schwebe. [Top 10 Platz Waffen]

"Geplante Produktion Rate von bis zu zwei Kilogramm pro Jahr [etwa 4,4 Pfund] Ziel Herstellung und Verarbeitung von Ziel können erreicht werden in bereits bestehenden Einrichtungen nach Bedarf für Upgrades auf Ausrüstung und Hilfsdiensten, geändert", sagte Caponiti. "Es dauert ungefähr sechs bis sieben Jahren zu diesem Satz von Produktion, je nach Finanzierung Profil zu erreichen."

Planetarische Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass ein Verständnis dessen, was auf dem Spiel und einen Plan, um das Problem zu beheben ist unter den Gesetzgeber Fuß, die die Fähigkeit haben fassen wird, das Problem zu beheben.

"Es ist einfach zu Felsen beim Kongress in diesen Tagen zu werfen", sagte McNutt. "Aber angesichts der sehr großen und drängenden Probleme, es ist nicht die Art von Dingen, die neigt, die Aufmerksamkeit der Menschen zu erhalten. Es gibt einige Leute, die rechtmäßig fühle mich wie das einfach keine Priorität, dass es nicht genug Geld, und es nicht ihr Problem sei. Aber ich denke, wenn Sie versuchen, einen Schritt zurück und betrachten Sie den Wald und nicht nur die einzelnen Bäume, dies ist eines der Dinge, das geholfen hat uns ein technologisch führendes Unternehmen zu fahren. Was wir getan haben, mit Roboter Weltraumforschung ist etwas, dass Menschen nicht nur in den USA, sondern weltweit, bis zu blicken."

Vorerst haben Mitglieder der Planetologie Gemeinschaft eine Priorität das Wort raus und nicht nur Politiker, sondern auch die Öffentlichkeit zu erziehen.

"Was wir versucht in den Bericht 2009 ist die Kehrseite der USA aus dem Geschäft der Herstellung dieses Materials immer wirklich hinweisen", sagte McNutt. "Wir wollten sicherstellen, dass niemand, ein paar Jahre ab jetzt, könnte sagen:"Ich wusste nicht, dass dies so ein Problem sein wollte und wir konnten nicht einfach umdrehen und über Nacht das Problem zu beheben." Da können wir nicht."

Dieser Geschichte wurde zur Verfügung gestellt von SPACE.com, eine Schwester Website zu LiveScience. Sie können SPACE.com Personalverfasser Denise Chow auf Twitter folgen @denisechow . SPACE.com für die neuesten Weltraumwissenschaft und Exploration News auf Twitter folgen @Spacedotcom und auf Facebook.