В 2015 году на Хабре публиковалась статья о том, что малое количество производимого плутония-238 ставит под угрозу планы НАСА по запуску космических аппаратов на термоэлектрических генераторах. Плутоний-238 (Pu-238) — почти идеальное топливо для спутников, роверов и космических скитальцев иных типов, созданных руками человека. Так, всего четырех килограммов топлива вполне хватит для обеспечения энергией корабля.
За всю историю освоения космического пространства НАСА потратило 140 кг плутония, включая эксперименты в рамках программы «Аполло», миссию «Галилео» и другие. Но производство изотопа плутония-238 было остановлено в США еще в 1988 году. Топливо покупали у России, но его все равно не хватало. Сейчас проблему дефицита, похоже, удалось решить.
Сделали это специалисты Национальной лаборатории Ок-Ридж. На этой неделе была опубликована информация о том, что «бутылочное горлышко» космических программ США, похоже, расширили.
НАСА для выполнения своих планов необходимо 1,5 кг плутония в год, именно такие потребности агентство озвучило вплоть до 2025 года. Национальной лаборатории Ок-Ридж удалось наладить производство, сейчас объемы увеличены с 50 граммов в год до 400. Раньше вся эта работа выполнялась вручную, но теперь пеллеты с топливом формируются в автоматическом режиме. Пеллеты включают оксид нептуния и алюминий. После того, как пеллета сформирована, она помещается в реактор, с преобразованием содержимого в плутоний-238.
Стоит отметить, что у США не было бы проблем с плутонием, если бы не прервались поставки из России в 2009 году. Проблема возникла из-за реструктуризации российской ядерной промышленности. В результате в 2015 году запасы НАСА составляли лишь 35 килограммов плутония.
В 2012 году НАСА удалось достичь с чиновниками договоренности о возобновлении производства плутония-238, благодаря чему проблему дефицита постепенно удалось решить. В 2013 году Национальная лаборатория Ок-Ридж начала производить плутоний-238, но его было слишком мало. Выработка была небольшой из-за недостатков технического процесса, большую часть манипуляций приходилось выполнять вручную.
НАСА пришлось самостоятельно решать проблему, поскольку Конгресс и Белый дом сняли с себя всякие обязательства по этому поводу, и предоставили агентству полную самостоятельность в этом вопросе. Ну а поскольку организации пришлось практически с нуля строить производственную линию для плутония и возобновлять работу соответствующих лабораторий, то значительная часть финансирования агентства стала уходить на эти цели. Некоторые научно-технические программы даже пришлось остановить, включая разработку новых генераторов, которые расходовали плутониевое топливо более экономно.
В качестве решения проблемы предлагалось даже запускать аппараты, работающие исключительно на солнечной энергии. В некоторых случаях это даже более удачный вариант, поскольку фотоэлементы весят меньше, их можно разворачивать, регулируя мощность выработки электричества. К примеру, для запуска миссии к Европе понадобились бы панели площадью в 50 м2. В НАСА стали проводить работу по оптимизации фотоэлементов с целью получения более эффективных солнечных панелей.
Но все же это лишь частичное решение проблемы, поскольку некоторые миссии невозможно выполнить лишь при помощи энергии Солнца. Ряд аппаратов слишком удалены от Солнца, так что солнечные панели не в состоянии давать столько электричества, сколько необходимо для работы устройства. Кроме того, иногда аппарат просто скрыт от Солнца. В случае с аппаратом, который совершил посадку на комету Чурюмова-Герасименко элемент на плутонии был бы более предпочтительным вариантом, поскольку в этом случае устройство работало бы до сих пор, изучая комету и ее окрестности.
Таким образом, успехи Национальной лаборатории Ок-Ридж позволят космической программе США развиваться более активно, чем ранее. Теперь все аппараты, разрабатываемые НАСА, для работы которых нужны термоэлектрические элементы, получат их вовремя и в нужном объеме.
