Американские ученые произвели первые за 30 лет граммы плутония-238, необходимого в дальних космических полетах. Возобновив производство, они намерены уйти от зависимости от российских поставок.
Физики-ядерщики из американской национальной лаборатории в Окридже заявили о выработке первой за последние 30 лет партии стратегически важного изотопа плутония-238. Этот изотоп известен тем, что является своего рода сердцем, согревающей начинкой многих космических миссий, которые в силу большого удаления от Солнца не могут питаться за счет солнечных батарей.
Взрывоопасное топливо не позволило американским военным сделать ракету, стартующую в космос с обычного истребителя. Но идею воздушного старта решил... →
А потому без него невозможно осуществление длительных космических миссий в глубь Солнечной системы, которые в ближайшие годы намерены продолжать в NASA.
Окриджская национальная лаборатория — один из 17 исследовательских центров министерства энергетики США, созданных после Второй мировой войны для исследований в области энергетической и ядерной безопасности и фундаментальной науки.
Плутоний-238 — радиоактивный элемент, в процессе распада в уран-234, как и множество других радиоактивных изотопов, выделяет тепло. Это свойство и используют ученые, размещая так называемые РИТЭГи на его основе на борту многих космических аппаратов. РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрогенератор) — источник электроэнергии, который использует для ее выработки тепло, выделяемое радиоактивным изотопом. В отличие от промышленных ядерных реакторов РИТЭГи значительно компактнее (работают на основе Пельтье-эффекта), проще и не имеют движущихся частей, хотя и имеют невысокий КПД — всего несколько процентов.
Эти приборы требуются там, где годами и даже десятилетиями необходимо получать несколько сот ватт электроэнергии без ощутимого снижения мощности.
Именно потому для порядка 30 миссий, отправленных в далекий космос, в качестве источника питания был выбран плутоний-238, имеющий период полураспада 88 лет. Это означает, что лишь через 88 лет теплоотдача куска плутония сократится вдвое, что делает изотоп идеальным для питания космических аппаратов. «К тому же он стабилен при высоких температурах, может производить достаточно тепла при небольшой массе и излучает мало радиации, которую легко экранировать, поэтому чувствительные к ней приборы и оборудование не облучаются», — считает Боб Уэм, глава проекта по воспроизводству изотопов в Окриджской лаборатории.
Плутоний-238 до сих пор теплится и дает энергию давно запущенным к окраинам Солнечной системы американским «Вояджерам», использовали его отправленный к Юпитеру зонд «Галилео» и изучающий в настоящее время Плутон аппарат «Новые горизонты». Если «Галилео» требовалось взять на борт 15 кг плутония, аппарат Cassini, изучающий в настоящее время систему Сатурна, имеет на борту 33 кг изотопа.
Технологией производства плутония-238 обладали лишь две страны — СССР и США.
В США со времен «холодной войны» его нарабатывали на заводе в Саванне-Ривер в Южной Каролине. «Эти реакторы были заглушены в 1988 году и с тех пор не имели возможности производить новые изотопы», — поясняет Уэм.
Единственной страной, производящей плутоний-238, оставалась Россия, и в 1992 году США подписали контракт с Москвой о поставке первых 10 кг изотопа для своих космических нужд. Всего в рамках этих контрактов из России в США было поставлено до 40 кг плутония.
Благодаря этим поставкам, к примеру, знаменитый американский марсоход Curiosity в настоящее время бороздит просторы Марса, питаясь и согреваясь еще советским плутонием.
Однако несколько лет назад Россия прекратила поставки изотопа в США, и там всерьез озаботились пополнением запасов. По сути, под угрозой оказались запуски множества космических миссий, расписанных на годы вперед. В NASA не раскрывают объемы запасов плутония, известно лишь, что без поставок из России они близки к исчерпанию.
Поэтому два года назад руководство NASA выбило финансирование на возобновление производства стратегически важного изотопа на территории США — ежегодно на эти цели стали выделять $15 млн.
Накануне Нового года американские физики отчитались о долгожданном успехе: впервые за почти 30 лет им удалось произвести первые 50 г плутония-238.
«Нынешние работающие реакторы министерства энергетики меньше тех, что были в Саванне-Ривер. Поэтому нам надо модифицировать технологию, чтобы работать на имеющихся реакторах. Как только мы автоматизируем и масштабируем процесс, страна получит постоянную возможность производить радиоизотопные источники питания, используемые NASA в далеком космосе»,
— пояснил Уэм.
Следующим американским аппаратом, которому понадобится этот элемент, станет ровер Марс-2020, запуск которого намечен на 2020 год.
Что касается России, отечественная промышленность сохраняет способность производить плутоний-238.
«Это так называемый научный плутоний, который мы способны производить. И производим, если он необходим, в зависимости от потребности»,
— рассказал «Газете.Ru» источник в атомной промышленности. Он добавил, что наработанные объемы изотопов являются закрытой информацией и не подлежат огласке.
Ряд планирующихся международных и российских космических миссий также будут использовать российский плутоний-238.
«На посадочном аппарате миссии «Экзо-Марс», которая стартует в марте, будут стоять российские РИТЭГи, сделанные на основе нашего плутония-238»,
— пояснил завотделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН доктор физико-математических наук Игорь Митрофанов.
Работать на отечественном изотопе будут миссия «Луна-25», которая отправится в 2018 году, «Луна-27» и последующие «Луны». «Если мы хотим сажать на Луну аппарат, который должен пережить лунную ночь, на нем должен стоять такой генератор энергии. Поэтому освоение дальнего космоса связано не столько с самим плутонием, сколько с устройствами для выработки энергии на их основе», — добавил ученый.