Energię jądrową można uznać za konia pociągowego sieci elektroenergetycznej, ale innowacje sprawiły, że technologia ta jest niezbędna do realizacji zadań znacznie wykraczających poza wytwarzanie energii elektrycznej – i także poza naszą planetę. Energia jądrowa zasila coraz bardziej wyrafinowane łaziki, które NASA wysyła na Marsa.
Podróż kosmiczna
Jeśli na Marsie kiedykolwiek istniało życie, technologia jądrowa pomoże je znaleźć. Pomimo pandemii koronawirusa, NASA twierdzi, że jest na dobrej drodze, aby dotrzymać harmonogramu podyktowanego ruchem planet i wysłać na Marsa swój nowy łazik Perseverance (Wytrwałość) między 22 lipca a 11 sierpnia. Będzie on wyposażony w jądrowy generator energii elektrycznej, która będzie zasilała jego silniki elektryczne, radia, kamery, lasery i inny laboratoryjny sprzęt chemiczny oraz wiertło do sondowania powierzchni.
Będąc na Marsie, łazik będzie szukał widomych chemicznych i geologicznych oznak życia. Naukowcy twierdzą, że jeśli by znalazł takie dowody, najprawdopodobniej byłyby to archaiczne mikroorganizmy, ale nawet to byłoby dużym osiągnięciem naukowym.
Łazik będzie także eksperymentować z produkcją tlenu na powierzchni, do wykorzystania następnie przez astronautów, którzy będą potrzebować powietrza i innych zapasów na pobyt trwający kilka tygodni lub miesięcy. Wytwarzanie materiałów bezpośrednio na Marsie w celu podtrzymania życia ludzkiego lub dostarczenia paliwa na podróż powrotną pozwoli znacznie zmniejszyć ilość materiału, który musiałby zostać tam wysłany z Ziemi. Cała ta praca wymaga dużych ilości energii, którą może zapewnić system jądrowy. NASA i Departament Energii (DOE) już pracują nad reaktorem przeznaczonym do tego celu.
Na razie jednak jądrowy generator prądu elektrycznego będzie zasilał sam łazik.
Ogólny rozmiar Perseverance jest mniej więcej taki sam, jak wcześniejszego łazika zasilanego energią jądrową Curiosity (Ciekawość), ale ma on znacznie więcej wyposażenia na pokładzie i waży około 2,1 tony, prawie 15 procent więcej niż jego poprzednik. Curiosity pojawił się na Marsie w sierpniu 2012 roku i wciąż działa na powierzchni, choć miał pracować tylko dwa lata. Jądrowy moduł energetyczny Perseverance został zaprojektowany na 14 lat pracy.
Rys.1. Pojazd marsjański Perseverance [NASA]
Perseverance i Curiosity wykorzystują izotop pluton-238 w urządzeniu zwanym radioizotopowym generatorem termoelektrycznym (RTG). Generatory te nie rozszczepiają atomów w taki sposób jak ziemskie reaktory energetyczne; wytwarzają elektryczność z ciepła wydzielanego podczas rozpadu promieniotwórczego. Jako paliwo wykorzystują izotop plutonu, produkowany przez reaktory jądrowe Departamentu Energii.Pluton-238 ma stosunkowo długi okres połowicznego rozpadu (rzędu 88 lat) i dlatego jest w stanie zasilać aparaturę zainstalowaną na pokładzie pojazdów kosmicznych przez długi czas.
Perseverance będzie przenosić szeroką gamę instrumentów naukowych, z których wszystkie wymagają energii elektrycznej. Będzie ona dostarczana przez najnowszy jądrowy system energetyczny Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG), który został zbudowany, załadowany paliwem i przetestowany przez krajowe laboratoria DOE.
Oprócz wytwarzania energii elektrycznej MMRTG wytwarza ciepło. Część tego ciepła można wykorzystać do utrzymania systemów łazika w odpowiednich temperaturach roboczych w niskich temperaturach panujących na powierzchni Marsa.
W czerwcu dostarczono go do Kennedy Space Center na Florydzie – miejsca startu misji kosmicznej Mars 2020, który ma nastąpić na przełomie lipca i sierpnia.
Moc wyjściowa generatora po przylocie na Marsa będzie wynosić 110 watów, to niewiele; na ziemi wystarczyłaby do uruchomienia dwóch laptopów. Perseverance będzie więc wspierany przez dwa akumulatory litowo-jonowe, które mogą się ładować, gdy łazik nie zużywa dużo prądu, i rozładowywać, gdy potrzebuje go więcej niż maksymalna moc urządzenia jądrowego.
Rys.2. Generator MMRTG podczas testów w Idaho National Laboratory [NASA]
Niektóre łaziki marsjańskie wykorzystywały energię słoneczną, ale NASA wskazuje, że Mars, podobnie jak Ziemia, ma pory roku i w niektórych okresach roku marsjańskiego (dwa razy dłuższego niż rok ziemski) energia promieniowania Słońca,które na Marsie jest zawsze ciemniejsze niż na Ziemi, jest niewystarczająca do zasilania urządzeń pokładowych.
Pojazd marsjański Perseverance to kolejny krok w przygotowaniach do misji załogowej na Marsa. Będzie się ona najprawdopodobniej opierać na energii jądrowej wytwarzanej na powierzchni planety.
Perseverance ma jeszcze jeden ambitny cel, który może zostać zrealizowany dzięki posiadaniu długotrwałego, niezawodnego jądrowego źródła zasilania. Ma gromadzić próbki gleby z powierzchni i spod powierzchni oraz czekać na przybycie kolejnej sondy NASA, która zabierze je w drogę powrotną na Ziemię. Może minąć wiele lat, ale z generatorem jądrowym na pokładzie łazik nie powinien mieć problemów z wytrwałością.
Źródła: Nuclear Energy Insitute, NASA
https://www.nei.org/news/2020/nuclear-powered-rover-looks-for-life-on-mars
https://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA23306
Perzyński: Załogowe loty na Marsa. Elonie, czy to dobra droga?
