Kategorie
Kosmologia

Energia jądrowa a badania zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego

Energia jądrowa a badania zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego.

Mówiąc o współczesnych bezzałogowych misjach badawczych zewnętrznego Układu Słonecznego, musimy poruszyć kwestię energii jądrowej. Wiadomo, że energia słoneczna zmniejsza się proporcjonalnie do kwadratu odległości od Słońca. Jowisz otrzymuje (na jednostkę powierzchni) jedynie 3,7% światła słonecznego, które dociera do Ziemi; Saturn 1,1%, a Neptun – 0,1%. Tak więc energia słoneczna właściwie kończy się za Jowiszem, a na domiar złego wymagania energetyczne statku kosmicznego wzrastają, gdyż trzeba zużyć więcej mocy na ocieplenie kabiny i na transmitowanie danych na duże odległości. Istotnie, bez jądrowego źródła energii, a konkretnie – bez standardowych radioizotopowych generatorów termoelektrycznych (RTG, od ang. Radioisotope Thermoelectric Generators) o mocy 300 W, oraz licznych jednowatowych radioizotopowych jednostek grzewczych (RHU, od ang. Radioisotope Heating Units) wysłanie sond Pioneer, Voyager, Galileo czy Cassini w zewnętrzne obszary Układu Słonecznego byłoby niemożliwe.

Stosowanie energii jądrowej w tym celu ma jednak swoich przeciwników. Jednym z nich jest pracownik naukowy City College of New York, zajmujący się teorią strun profesor Michio Kaku. Stara się on na drodze prawnej wywalczyć zakaz wynoszenia w przestrzeń kosmiczną wszelkiego rodzaju sond wyposażonych w urządzenia radioizotopowe. Według profesora Kaku wystrzeliwanie RTG w kosmos stanowi olbrzymie zagrożenie dla ziemskiego środowiska naturalnego, ponieważ w razie awarii rakiety nośnej mogłoby dojść do rozbicia plutonu zawartego w urządzeniach i skażenia całego świata. Ponadto utrzymuje on, że użycie tego rodzaju urządzeń nie jest konieczne. W trakcie dyskusji z dr. Garym Bennettem, niegdysiejszym dyrektorem programu jądrowego NASA, mającej miejsce przed startem sondy Galileo, profesor Kaku uzasadniał swoje przekonania tym, że sonda mogłaby równie dobrze być zasilana przez akumulatory.

W rzeczywistości aktywiści antynuklearni mylą się w obydwu kwestiach. RTG zawiera około 100 tysięcy kiurów (Ci) plutonu 238. To duża dawka jak dla jednej osoby – z pewnością nie chcielibyśmy, by znalazła się w okolicach naszego domu – ale na poziomie globalnym jest ona znikoma. W razie awarii rakiety nośnej i uszkodzenia RTG (choć przyrząd najprawdopodobniej osiadłby w nienaruszonym stanie na dnie Atlantyku w pobliżu przylądka Canaveral) ilość materiału promieniotwórczego, który dostałby się do ziemskiej biosfery, stanowiłaby w przybliżeniu 0,01% ilości materiału uwalnianego podczas zwykłej próby jądrowej. Warto wspomnieć, że ilość izotopów promieniotwórczych emitowanych przez każdą z zatopionych amerykańskich i radzieckich nuklearnych łodzi podwodnych (takich jak Thresher), obecnie rdzewiejących na dnie oceanu, jest w porównaniu z tym znacznie większa. Ponadto pluton 238 używany w RTG nie ma zastosowania w bombach atomowych, a jego okres połowicznego rozpadu wynosi 88 lat. Nie przetrwa więc długo w środowisku ziemskim. Co więcej, RTG nie wykorzystuje plutonu w postaci metalicznej, lecz w formie tlenku plutonu, który jest chemicznie obojętny. Dlatego twierdzenie, jakoby wejście w atmosferę urządzenia RTG mogło stanowić poważne zagrożenie dla ziemskiego środowiska naturalnego, jest po prostu nieprawdziwe.

Podobnie nieprawdziwe jest zapewnienie profesora Kaku, że sondy odbywające misje do zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego mogłyby być zasilane akumulatorami. By zobrazować niedorzeczność tego twierdzenia, proponuję przyjrzeć się sondzie Galileo, wyposażonej w dwa RTG o mocy 300 W i setki jednowatowych RHU, co w sumie daje 800 W. Załóżmy przez chwilę, że misja mogłaby się odbyć przy mocy 200 W. Współczesne akumulatory mogą przechowywać około 300 Wh/kg. Sonda Galileo opuściła Ziemię w październiku 1989 roku i działała bez przerwy do sierpnia 1998, czyli 70 tysięcy godzin po starcie. By osiągnąć te same wyniki, sonda musiałaby nieść ze sobą około 47 tysięcy kilogramów nowoczesnych akumulatorów o wydajności 300 Wh/kg (dwie jednostki RTG, znajdujące się w tej chwili na pokładzie sondy, ważą 60 kg każda; masa jednostek RHU jest znikoma). Oczywiście, przy tak wielkiej masie akumulatorów wymogi energetyczne znacznie przekraczałyby 200 W, ponieważ statek potrzebowałby więcej mocy, by nie dopuścić do zamarznięcia akumulatorów. Do ogrzania akumulatorów o całkowitej masie 47 tysięcy kilogramów potrzebowalibyśmy mocy 2000 W, by jednak uzyskać taką moc, musielibyśmy mieć 470 tysięcy kilogramów akumulatorów, których utrzymanie w odpowiedniej temperaturze pochłonęłoby 20 tysięcy W, co z kolei wymagałoby 4,7 miliona kilogramów akumulatorów i tak bez końca. Jasno z tego wynika, że przeprowadzenie misji przy użyciu akumulatorów jest niemożliwe.

Tak naprawdę, by prowadzić skuteczny program badań zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego, musimy opracować znacznie skuteczniejsze urządzenia do wytwarzania energii. Do generowania dziesiątek lub setek kilowatów potrzebujemy nie tylko zwykłych RTG, wykorzystujących prosty rozpad promieniotwórczy; powinniśmy przejść na rzeczywiste kosmiczne reaktory jądrowe, używające rozszczepienia jąder atomowych. Powód jest bardzo prosty. Na Ziemi mawia się, że wiedza daje moc. W zewnętrznych obszarach Układu Słonecznego moc daje wiedzę.

Prędkość transmisji danych jest wprost proporcjonalna do mocy nadajnika. Sonda znajdująca się w zewnętrznym Układzie Słonecznym, wyposażona w reaktor jądrowy o mocy 30 kW, może przesłać stokrotnie więcej danych, niż gdyby była zasilana konwencjonalnym RTG o mocy 300 W, a przecież misje badawcze mają na celu zdobywanie danych. Dysponując taką mocą, sonda w zewnętrznym Układzie Słonecznym mogłaby wykorzystywać systemy łączności pochłaniające wiele kilowatów energii, przypominające te, których obecnie używa armia Stanów Zjednoczonych, zamiast czterdziestowatowych anten będących w tej chwili standardowym wyposażeniem międzyplanetarnych misji NASA. Generując 30 kW mocy, statek kosmiczny mógłby również korzystać z elektrycznego jądrowego napędu rakietowego, dzięki czemu podwoiłaby się masa ładunku. Ale to przy okazji. Fakt, iż energia uzyskiwana w kosmosie za pomocą reaktora jądrowego może spowodować stukrotne przyspieszenie transmisji danych, ma znacznie większe znaczenie, niż to, że statek podwoi swą nośność. Wzrost prędkości przesyłania danych naukowych całkowicie wystarczy, by uzasadnić wzrost kosztów misji, który niesie za sobą zastosowanie nuklearnego generatora mocy. Zwiększenie masy ładunku nie jest tak istotne.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *