في غضون أسابيع قليلة فقط ، ستقوم مركبة الفضاء نيو هورايزونز التابعة لوكالة ناسا بتحليقها التاريخي فوق بلوتو وأقماره. الألواح الشمسية غير قادرة على العمل في المناطق السفلية المعتمة من النظام الشمسي الخارجي ، وبدلاً من ذلك ، توظف نيو هورايزونز شيئًا حملته كل مركبة فضائية غادرت حتى الآن خارج كوكب المشتري في مجموعة أدواتها: مولد كهربائي حراري للنظائر المشعة يعمل بالبلوتونيوم ، أو RTG.
يعد استخدام الطاقة النووية لاستكشاف الفضاء أحد الفصول السعيدة القليلة في العصر الذري ، وقد تتيح لنا الطاقة النووية يومًا ما الوصول إلى النجوم.
في الخمسينيات من القرن الماضي ، كان يُنظر إلى الطاقة الذرية على أنها دواء لكل داء وكذلك لعنة ، نوع من سيف داموقليس الذي علق على الجنس البشري ، بينما كان أيضًا يحمل وعد الخلاص. كان هذا قبل الكوارث التي وقعت في فوكوشيما دايتشي وتشرنوبيل وثري مايل آيلاند ، والتي من شأنها أن تزعج الجمهور بسبب كل الأشياء النووية.
EBR-1 ، أول محطة طاقة نووية تجارية يتم تشغيلها على الإنترنت (EBR-1) ، وتقع في ولاية أيداهو. رصيد الصورة: ديفيد ديكنسون
لكن رواد الفضاء الأوائل أدركوا أيضًا إمكانات الطاقة النووية في استكشاف الفضاء. كان أحد أكثر الاقتراحات غرابة في أوائل عصر الفضاء هو خطة أطلق عليها اسم مشروع A119 والتي دعت الولايات المتحدة إلى تفجير سلاح نووي على سطح القمر على مرأى ومسمع من الاتحاد السوفيتي باعتباره استعراضًا للقوة. اقتراح آخر مثير للاهتمام مدبلج مشروع أوريون دعا إلى بناء مركبة فضائية بين النجوم يمكن دفعها بقنابل ذرية تنفجر في الخلف. وربما كانت أول قطعة أثرية بشرية تم إطلاقها في الفضاء عبارة عن لوحة فولاذية وزنها طن واحد تم دفعها بطريق الخطأ بسرعة عالية نحو السماء أثناء اختبار باسكال بي النووي في سلسلة عملية بلامبوب في 27 أغسطس.ذ1957. وقد فجرت الولايات المتحدة بالفعل أسلحة نووية في الفضاء قبل ظهور معاهدة الحظر المحدود للتجارب لعام 1967 التي حظرت فيما بعد مثل هذه التجارب. تم إجراء اختبار واحد مذهل (وكطفل في الحرب الباردة ، غريب جدًا لمشاهدته) يُعرف باسم Starfish Prime فوق جنوب المحيط الهادئ في عام 1962:
كان القمر الصناعي Transit-4A الذي تم إطلاقه في 29 يونيو من أوائل المركبات الفضائية التي كانت تحتوي على RTGذ، 1961. فُقد ساتل آخر مشابه في السلسلة ، Transit-5BN-3 ، بعد وقت قصير من إطلاقه مع RTG الذي يعمل بالبلوتونيوم ، والذي عادت دخوله فوق المحيط الهندي. القمر الصناعي السوفيتي كوزموس 954 عاد أيضا فوق القطب الشمالي الكندي المرتفع في أوائل عام 1978 جنبًا إلى جنب مع المفاعل النووي الموجود على متنها.
وعندما عادت Apollo 13 إلى الأرض ، تخلص الطاقم منالدلووحدة الهبوط على سطح القمر فوق المحيط الهادئ ، حيث دخلت مرة أخرى مع البلوتونيوم RTG المخصص لتجارب ALSEP التي وضعها رواد فضاء أبولو على القمر خلال كل مهمة.
الدلو بعد الانفصال. رصيد الصورة: أبولو 13 / ناسا
من المؤكد أن كل عملية إطلاق من كيب كانافيرال لمحرّك RTG نووي ستؤدي إلى تشتت المتظاهرين ، على الرغم من أن وكالة ناسا قدّرت فشل الإطلاق الكارثي الذي ينطوي على تمزق RTG أثناء إطلاق New Horizons عند 1 في 360. وصلت هذه المخاوف إلى ذروتها أثناء إطلاق كاسيني في عام 1997 ، والتي ظهرت أيضًا في تحليق مقلاع الأرض في 18 أغسطس.ذ، 1999 في طريقها إلى زحل.
تعمل RTG النووية من خلال الاستفادة من الحرارة المهدرة الناتجة عن الاضمحلال الإشعاعي للبلوتونيوم 238. لا يقتصر عمر هذا الجهاز على 87.7 عامًا فحسب ، بل يولد أيضًا 560 واط / ثانية لكل كيلوغرام في الثانية. لسوء الحظ ، فإن المواد التي نستخدمها كأسلحة لصنع قنابل نووية هي نظير منفصل يُعرف باسم Pu-239 ، ولا يمكن إعادة استخدامه لاستخدامه في RTG. ومع ذلك ، فإن إنتاج البلوتونيوم 239 للأسلحة النووية خلال الحرب الباردة أكد أيضًا أن القدرة على إنتاج البلوتونيوم 238 للرحلات الفضائية كانت في متناول اليد حتى انتهى الإنتاج في الولايات المتحدة في عام 1989.
حبة متوهجة من البلوتونيوم 238. رصيد الصورة: NASA / DoE
تُقرأ دعوة الأسماء الخاصة بالمركبة الفضائية المجهزة بـ RTG مثل 'Who's Who' لاستكشاف الفضاء الخارجي للنظام الشمسي وتشمل: Pioneer 10 و 11 و Galileo و Cassini ومختبر علوم المريخ و Voyagers 1 و 2 و Vikings 1 و 2 و مركبة الفضاء نيو هورايزونز المذكورة أعلاه متجهة إلى بلوتو.
حقيقة ممتعة: تم شراء البلوتونيوم الذي يغذي كيوريوسيتي أثناء استكشافه للمريخ من قبل ناسا من الروس.
لقطة مقربة من MMRTG الخاص بـ MSL. رصيد الصورة: NASA / LBNL
حتى كتابة هذه السطور ، تعد مهمة Mars Rover 2020 هي المركبة الفضائية التالية لكسر الروابط العسيرة التي من شأنها أن تمارس الرياضة ، مثل Curiosity ، MMRTG التي تعمل بالبلوتونيوم. مهمة أورانوس المدارية المقترحة تسمى HORUS (هذا يعني - التنفس العميق - Herschel Orbiter لاستطلاع نظام أورانوس ، لأن 'Uranus Probe' لا يبدو صحيحًا) كان سيستخدم أيضًا و RTG. اختارت مهمة Europa Clipper إلى قمر كوكب المشتري Europa المقرر إطلاقها في حوالي عام 2025 الخلايا الشمسية بدلاً من RTG النووية ، على الرغم من أنها ستضطر إلى المرور عبر بيئة الإشعاع المحفوفة بالمخاطر المحيطة بالمشتري. في الواقع ، ستكون المركبة الفضائية جونو التي من المقرر أن تدخل المدار حول كوكب المشتري العام المقبل هيأولمهمة جوفيان التي لن تستخدم الطاقة النووية ، على الرغم من أنها تتطلب ثلاثة ألواح شمسية ضخمة للتعويض.
تم تصنيف كمية البلوتونيوم المتوفرة لدى وكالة ناسا من وزارة الطاقة لأسباب أمنية ، ولكن يُعتقد أن لديها ما يكفي لمهمة واحدة كبيرة وواحدة من فئة الكشافة المتبقية. تضم نيو هورايزونز 10.9 كجم من البلوتونيوم ، ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن أي حضارة غريبة تجد مركبة فضائية بشرية تدور حول مستوى مجرتنا درب التبانة منذ ملايين السنين ، وبالتالي يمكن أن تؤرخ تصنيعها من الانحلال الإشعاعي لما تبقى من نظائر البلوتونيوم 238 مقابل نظائر الانحلال في RTG الخاصة بها.
صورة مقربة لنيو هورايزونز مغلفة في عرض إطلاقها بعد فترة وجيزة من تركيب RTG. رصيد الصورة: KSC / NASA
أعلنت وكالة ناسا أن وزارة الطاقة الأمريكية ستفعل ذلك بالفعل استئناف الإنتاج من البلوتونيوم إلى لحن حوالي 1.5 إلى 2 كيلوغرام في السنة بدءًا من عام 2016. وعلى الجانب السلبي ، أوقفت وكالة ناسا تطوير مولد النظائر المشعة المتقدم (ASRG) في عام 2013. هذا قرار متناقض إلى حد ما ، تغذيه السياسة أكثر من التطبيق العملي نظرًا لندرة البلوتونيوم الحالية. كان من المفترض أن يكون تصميم ASRG أكثر كفاءة بأربع مرات من MMRTGs الحالية (MM تعني Multi-Mission) وبالتالي كان سيستخدم أقل من المخزون المتناقص من Pu-238 الحالي.
للأسف ، النقص المستمر في البلوتونيوم قد يكون له تأثير وخيم على مستقبل استكشاف الفضاء الخارجي للنظام الشمسي. بينما تختتم كاسيني ونيو هورايزونز والمركبة الفضائية فوييجر مهامهم الخاصة ، قد تغمق أعيننا على النظام الشمسي الخارجي ، حيث يقترب العصر الذهبي الحالي لاستكشاف الكواكب من نهايته في الوقت الحالي ، أو على الأقل في انتظار جديد جيل من المركبات الفضائية التي تعمل بالبلوتونيوم لتحتل غطاء الوشاح.
