Производство 50 граммов плутония-238, примерно равное массе мяча для гольфа, стало первой демонстрацией в Соединенных Штатах после того, как завод в Саванна-Ривер в Южной Каролине прекратил производство в конце 1980-х годов.Радиоизотопные энергетические системы преобразуют тепло естественного радиоактивного распада изотопа плутония-238 в электричество. Эти системы использовались для исследования Солнечной системы и за ее пределами, от миссий «Викинг» на Марсе до космического корабля «Вояджер», входящего в межпланетное пространство, и совсем недавно для питания марсохода Curiosity и космических кораблей New Horizons, проплывающих мимо Плутона.«Это важное достижение наших товарищей по команде из Министерства энергетики свидетельствует о новом возрождении в исследованиях нашей солнечной системы», — сказал Джон Грюнсфельд, помощник администратора Управления научных миссий НАСА в Вашингтоне. «Радиоизотопные энергосистемы — это ключевой инструмент для питания следующего поколения планетарных орбитальных аппаратов, спускаемых аппаратов и марсоходов в нашем стремлении разгадать тайны Вселенной».
Успех инженеров и техников ORNL наступил через два года после официального начала проекта при финансировании НАСА, основанном на многолетних исследованиях и испытаниях. Эта демонстрация ключевых этапов производства топлива обеспечит доступность этой жизненно важной космической энергетической технологии для обеспечения электроэнергией и теплом амбициозных исследовательских миссий Солнечной системы в этом десятилетии и в последующие годы. В общей сложности 27 прошлых космических миссий США использовали эту радиоизотопную энергию для производства электроэнергии и тепла.
Министерство энергетики (DOE) более 50 лет успешно и безопасно поставляет радиоизотопные системы питания для миссий НАСА, ВМФ и ВВС.«По мере того, как мы стремимся расширить наши знания о Вселенной, Министерство энергетики поможет обеспечить нашим космическим кораблям источник питания, необходимый, чтобы летать дальше, чем когда-либо прежде, — сказал Франклин Орр, заместитель министра науки и энергетики Министерства энергетики США. «Мы гордимся тем, что работаем с НАСА в этом направлении, и надеемся на дальнейшее сотрудничество».
Доступная в настоящее время система радиоизотопного питания, также поставляемая НАСА Министерством энергетики, называется многоцелевым радиоизотопным термоэлектрическим генератором (MMRTG). По сути, это ядерная батарея, MMRTG может обеспечить около 110 Вт электроэнергии космическому кораблю и его научным приборам в начале миссии. В некоторых миссиях, таких как марсоход НАСА Curiosity (сейчас уже третий год на Земле в поисках признаков пригодных для жизни условий на Красной планете), избыточное тепло от MMRTG также можно использовать для поддержания систем космических кораблей в тепле в холодных условиях.Следующая миссия НАСА, планирующая использовать MMRTG, — это марсоход Mars 2020, который должен быть запущен в рамках путешествия НАСА на Марс, чтобы искать признаки прошлой жизни на Красной планете, тестировать технологии для исследования человеком и собирать образцы горных пород и почва, которая может быть возвращена на Землю в будущем.
Два (без топлива) MMRTG в настоящее время построены и хранятся на объектах Министерства энергетики США; один зарезервирован для Марса 2020, а другой может быть использован в будущей миссии. Производство топливных таблеток для MMRTG Mars 2020 с использованием существующих запасов диоксида плутония в США уже ведется.
Исследователи проанализируют образец на химическую чистоту и содержание плутония-238, чтобы определить, нужно ли вносить коррективы перед масштабированием процесса.При постоянной координации оба агентства планируют увеличить производство после этой важной демонстрационной вехи и начнут с производства около 12 унций (от 300 до 400 граммов) диоксида плутония в год.
После внедрения большей автоматизации и масштабирования процесса ORNL будет производить в среднем 3,3 фунта (1,5 кг) в последующие годы.Из 77 фунтов (35 килограммов) существующего плутония-238 около половины обеспечивает достаточно тепла для удовлетворения энергетических характеристик планируемого космического корабля.
Остальная часть из-за своего возраста не соответствует спецификациям, но может быть смешана с недавно произведенным Pu-238 для увеличения полезного запаса.Управление ядерной энергии Министерства энергетики США разрабатывает, производит, испытывает и поставляет радиоизотопные энергетические системы для космических исследований и миссий национальной безопасности, а также несет ответственность за ядерную безопасность на всех этапах выполнения миссий.
Программа NASA Radioisotope Power System (RPS), управляемая NASA Glenn Research Center в Кливленде, финансирует разработку новых, более эффективных термоэлектрических материалов, которые могут быть включены в усовершенствованный MMRTG следующего поколения, который обеспечит примерно на 25 процентов больше энергии на начало типичной миссии и на 50 процентов больше мощности в конце миссии.Лаборатория реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, является частью программы RPS и управляет несколькими миссиями, использующими радиоизотопную энергию, включая марсоход Curiosity и космический корабль Cassini на Сатурне.