La fin de la pénurie de plutonium de la NASA est peut-être en vue. Le lundi 18 marse, Le chef de la division science planétaire de la NASA, Jim Green, a annoncé que la production de Plutonium-238 (Pu-238) par le Département américain de l'Énergie (DOE) est actuellement en phase de test menant à un redémarrage de la production à grande échelle.
«À la fin de l'année civile, nous aurons un plan complet du ministère de l'Énergie sur la façon dont il pourra satisfaire notre exigence de 1,5 à 2 kilogrammes par an.» Green a dit au 44e Lundi dernier, une conférence sur les sciences lunaires et planétaires se tiendra à Woodlands, au Texas.
Cette nouvelle ne vient pas trop tôt. Nous avons déjà écrit sur la pénurie imminente de plutonium et ses conséquences pour la future exploration de l'espace lointain. L'énergie solaire est adéquate dans la plupart des cas lorsque vous explorez le système solaire intérieur, mais lorsque vous vous aventurez au-delà de la ceinture d'astéroïdes, vous avez besoin de l'énergie nucléaire pour le faire.
La production de l'isotope Pu-238 a été une conséquence heureuse de la guerre froide. D'abord produit par Glen Seaborg en 1940, l'isotope de qualité militaire du plutonium (-239) est produit par le bombardement de neptunium (qui est lui-même un produit de désintégration de l'uranium-238) avec des neutrons. Utilisez le même isotope cible de Neptunium-237 dans un réacteur rapide, et Pu-238 est le résultat. Le Pu-238 produit 280 fois la chaleur de décroissance à 560 watts par kilogramme par rapport au Pu-239 de qualité militaire et est idéal comme source d'énergie compacte pour l'exploration dans l'espace lointain.
Depuis 1961, plus de 26 engins spatiaux américains ont été lancés transportant des générateurs thermoélectriques à radio-isotopes multimissions (MMRTG, ou anciennement simplement RTG) comme sources d'énergie et ont exploré toutes les planètes sauf Mercure. Les RTG ont été utilisés par les charges utiles scientifiques Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) laissées par les astronautes sur la Lune, et Cassini, Mars Curiosity et New Horizons en route pour explorer Pluton en juillet 2015 sont tous à propulsion nucléaire.
Les RTG alimentés au plutonium sont les seulement la technologie que nous utilisons actuellement qui peut effectuer l'exploration de l'espace lointain. Le vaisseau spatial Juno de la NASA sera le premier à atteindre Jupiter en 2016 sans l'utilisation d'un RTG à propulsion nucléaire, mais il devra utiliser 3 énormes panneaux solaires de 2,7 x 8,9 mètres pour le faire.
Le problème est que la production de plutonium aux États-Unis a cessé en 1988 avec la fin de la guerre froide. La quantité de Plutonium-238 que la NASA et le DOE ont stockée est classée, mais il a été supposé qu'elle en avait au plus assez pour une autre grande mission de classe Flag Ship et peut-être une petite mission de classe Scout. De plus, une fois le plutonium 239 de qualité militaire fabriqué, il n'y a plus de retraitement de l'isotope Pu-238 souhaité. Le plutonium qui alimente actuellement Curiosity à travers la surface de Mars a été acheté aux Russes, et cette source a pris fin en 2010. New Horizons est équipé d'un MMRTG de rechange construit pour Cassini, qui a été lancé en 1999.
En prime, les missions propulsées au plutonium dépassent souvent les attentes également. Par exemple, le vaisseau spatial Voyager 1 et 2 avait une durée de mission initiale de cinq ans et devrait maintenant se poursuivre bien au cours de sa cinquième décennie de fonctionnement. Mars Curiosity ne souffre pas des problèmes de «panneaux solaires poussiéreux» qui ont tourmenté Spirit et Opportunity et peuvent fonctionner pendant le long hiver martien. Soit dit en passant, alors que les rovers Spirit et Opportunity n'étaient pas à propulsion nucléaire, ils fait utilisent de minuscules pastilles d'oxyde de plutonium dans leurs articulations pour rester au chaud, ainsi que du curium radioactif pour fournir des sources de neutrons dans leurs spectromètres. Il est même tout à fait possible que toute intelligence extraterrestre tombe sur les cinq vaisseaux spatiaux qui s'échappent de notre système solaire (Pioneer 10 & 11, Voyagers 1 & 2 et New Horizons) pourraient dater leur départ de la Terre en mesurant la dégradation de leur source d'énergie au plutonium. (Le Pu-238 a une demi-vie de 87,7 ans et finit par se désintégrer après une transition à travers une longue série d'isotopes filles en plomb-206).
La production actuelle de Pu-238 sera effectuée au Oak Ridge National Laboratory (ORNL) à l'aide de son réacteur à isotopes à haut flux (HFIR). Le «vieux» Pu-238 peut également être ressuscité en y ajoutant du Pu-238 nouvellement fabriqué.
"Pour chaque 1 kilogramme, nous ravivons vraiment deux kilogrammes de plutonium plus ancien en le mélangeant ... c'est une partie critique de notre processus pour pouvoir utiliser notre approvisionnement existant à la densité d'énergie que nous voulons", a déclaré Green lors d'un récent plan d'exploration sur Mars. Comité.
Pourtant, la production cible totale de 1,5 kilogramme par an peut être un certain temps libre. Pour le contexte, le Mars rover Curiosity utilise 4,8 kilogrammes de Pu-238, et New Horizons en contient 11 kilogrammes. Aucune mission sur les planètes extérieures n'a quitté la Terre depuis le lancement de Curiosity en novembre 2011, et la prochaine mission susceptible de porter un RTG est le rover Mars 2020 proposé. Des idées sur la planche à dessin comme un atterrisseur du lac Titan et une mission Jupiter Icy Moons seraient toutes à propulsion nucléaire.
Parallèlement à la nouvelle production de plutonium, la NASA prévoit d'avoir deux nouveaux RTG baptisés Advanced Stirling Radioisotope Generators (ASRG) disponibles d'ici 2016. Bien que plus efficace, l'ASRG pourrait ne pas toujours être l'appareil de choix. Par exemple, Curiosity utilise sa chaleur résiduelle MMRTG pour garder les instruments au chaud via la circulation du fréon. La curiosité a également dû évacuer la chaleur perdue produite par le générateur de 110 watts alors qu'elle était enfermée dans sa coque aérodynamique en route vers Mars.
Et bien sûr, il y a les précautions supplémentaires qui accompagnent le lancement d'une charge utile nucléaire. Le président des États-Unis a dû approuver le lancement de Curiosity depuis la Florida Space Coast. Le lancement de Cassini, New Horizons et Curiosity ont tous attiré une dispersion de manifestants, comme tout ce qui concerne le nucléaire. Peu importe que les centrales électriques au charbon produisent quotidiennement du polonium, du radon et du thorium radioactifs comme sous-produit indésirable.
Ces lancements ne sont pas sans danger, mais avec des risques qui peuvent être atténués et gérés. L'un des accidents nucléaires les plus notoires liés à l'espace s'est produit au début du programme spatial américain avec la perte d'un satellite Transit-5BN-3 équipé du RTG au large des côtes de Madagascar peu après son lancement en 1964. Et quand Apollo 13 a dû abandonner et de retourner sur Terre, les astronautes ont reçu l'ordre d'abandonner le Verseau Module d'atterrissage avec ses expériences scientifiques à propulsion nucléaire destinées à la surface de la Lune dans l'océan Pacifique près de l'île de Fidji. (Ils ne vous disent pas cette dans le film) On se demande s'il serait rentable de «ressusciter» ce RTG depuis le fond de l'océan pour une future mission spatiale. Lors des lancements précédents équipés de matériel nucléaire tels que New Horizons, la NASA a placé la chance d'un «accident de lancement qui pourrait libérer du plutonium» à 350 contre 1. avec l'eau.
Mais les risques valent le gain en termes de découvertes de nouveaux systèmes solaires. Dans un nouvel avenir courageux de l'exploration spatiale, le redémarrage de la production de plutonium à des fins pacifiques nous donne de l'espoir. Pour paraphraser Carl Sagan, le voyage dans l'espace est l'une des meilleures utilisations de la fission nucléaire à laquelle nous pouvons penser!
