O fim da escassez de plutônio da NASA pode estar à vista. Na segunda-feira 18 de marçoº, O chefe da divisão de ciência planetária da NASA, Jim Green, anunciou que a produção de Plutonium-238 (Pu-238) pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) está atualmente em fase de teste, levando ao reinício da produção em larga escala.
"Até o final do ano civil, teremos um plano completo do Departamento de Energia sobre como eles poderão satisfazer nossa exigência de 1,5 a 2 kg por ano." Green disse aos 44º Conferência Lunar e de Ciência Planetária sendo realizada em Woodlands, Texas, na segunda-feira passada.
Esta notícia não chega tão cedo. Escrevemos anteriormente sobre a iminente escassez de plutônio e as consequências que ela tem para a futura exploração do espaço profundo. A energia solar é adequada na maioria dos casos quando você explora o sistema solar interno, mas quando se aventura para além do cinturão de asteróides, precisa de energia nuclear para fazê-lo.
A produção do isótopo Pu-238 foi uma conseqüência feliz da Guerra Fria. Produzido pela primeira vez por Glen Seaborg em 1940, o isótopo de plutônio (-239), produzido para armas, é produzido através do bombardeio de neptúnio (que por si só é um produto de decomposição do urânio-238) com nêutrons. Use o mesmo isótopo alvo de Neptunium-237 em um reator rápido e Pu-238 é o resultado. O Pu-238 produz 280x vezes o calor de decomposição a 560 watts por quilograma versus o grau de armas Pu-239 e é ideal como uma fonte compacta de energia para a exploração no espaço profundo.
Desde 1961, mais de 26 naves espaciais dos EUA foram lançadas carregando Geradores Termoelétricos de Radioisótopos Multi-Missão (MMRTG, ou anteriormente simplesmente RTGs) como fontes de energia e exploraram todos os planeta, exceto Mercúrio. Os RTGs foram usados pelas cargas científicas do Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) deixadas pelos astronautas na Lua, e Cassini, Mars Curiosity e New Horizons a caminho para explorar Plutão em julho de 2015 têm energia nuclear.
RTGs movidos a plutônio são os só tecnologia que temos atualmente em uso que pode realizar a exploração do espaço profundo. A sonda Juno da NASA será a primeira a chegar a Júpiter em 2016 sem o uso de um RTG movido a energia nuclear, mas precisará empregar 3 enormes painéis solares de 2,7 x 8,9 metros para fazê-lo.
O problema é que a produção de plutônio nos EUA cessou em 1988, com o fim da Guerra Fria. Quanto Plutonium-238 a NASA e o DOE armazenaram é classificado, mas especula-se que ele tenha no máximo o suficiente para mais uma grande missão da classe Flag Ship e talvez uma pequena missão da classe Scout. Além disso, uma vez que o plutônio-239 com grau de armas é fabricado, não é possível reprocessá-lo como o isótopo Pu-238 desejado. O plutônio que atualmente alimenta o Curiosity na superfície de Marte foi comprado dos russos, e essa fonte terminou em 2010. A New Horizons está equipada com um MMRTG sobressalente que foi construído para a Cassini, lançado em 1999.
Como um bônus adicional, as missões movidas a plutônio também excedem as expectativas. Por exemplo, a sonda Voyager 1 e 2 tinha uma duração original de missão de cinco anos e agora espera-se que continue até a quinta década de operação. A Curiosidade de Marte não sofre com os problemas de "painéis solares empoeirados" que atormentavam o Spirit and Opportunity e podem operar durante o longo inverno marciano. Aliás, enquanto os rovers Spirit e Opportunity não tinham energia nuclear, eles fez empregam minúsculos pellets de óxido de plutônio em suas articulações para se aquecer, bem como curium radioativo para fornecer fontes de nêutrons em seus espectrômetros. É até possível que qualquer inteligência alienígena tropece nas cinco naves espaciais que escapam do nosso sistema solar (Pioneer 10 e 11, Voyagers 1 e 2 e New Horizons) concebivelmente datar sua partida da Terra medindo a deterioração de sua fonte de energia de plutônio. (O Pu-238 tem uma meia-vida de 87,7 anos e, eventualmente, decai após a transição através de uma longa série de isótopos-filhas para o chumbo-206).
A atual produção de Pu-238 será realizada no Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL), usando seu Reator Isotópico de Alto Fluxo (HFIR). O Pu-238 “antigo” também pode ser revivido adicionando o Pu-238 recém-fabricado.
"Para cada 1 kg, nós realmente revivemos dois kg do plutônio antigo, misturando-o ... é uma parte crítica do nosso processo poder utilizar nosso suprimento existente na densidade de energia que queremos", disse Green em um recente planejamento de exploração em Marte comitê.
Ainda assim, a produção-alvo total de 1,5 kg por ano pode demorar algum tempo. Por contexto, o rover Curiosity de Marte utiliza 4,8 kg de Pu-238 e o New Horizons contém 11 kg. Nenhuma missão para os planetas externos deixou a Terra desde o lançamento do Curiosity em novembro de 2011, e a próxima missão que provavelmente ostenta um RTG é o rover proposto para o Mars 2020. Idéias na prancheta, como um lander do lago Titan e uma missão de Júpiter Icy Moons, seriam todas movidas a energia nuclear.
Juntamente com a nova produção de plutônio, a NASA planeja ter dois novos RTGs chamados ASRGs (Advanced Stirling Radioisotope Generators) disponíveis até 2016. Embora mais eficiente, o ASRG pode não sempre ser o dispositivo de escolha. Por exemplo, o Curiosity usa seu calor residual MMRTG para manter os instrumentos aquecidos via circulação de Freon. A curiosidade também teve que liberar o calor desperdiçado produzido pelo gerador de 110 watts enquanto enroscado em sua concha aero a caminho de Marte.
E, é claro, existem as precauções adicionais que acompanham o lançamento de uma carga útil nuclear. O presidente dos Estados Unidos teve que assinar o lançamento do Curiosity da Florida Space Coast. O lançamento de Cassini, New Horizons e Curiosity atraiu uma multidão de manifestantes, assim como qualquer coisa relacionada a nuclear. Não importa que as usinas a carvão produzam polônio radioativo, radônio e tório como um subproduto indesejado diariamente.
Esses lançamentos não apresentam riscos, embora com riscos que possam ser mitigados e gerenciados. Um dos mais notórios acidentes nucleares relacionados ao espaço ocorreu no início do programa espacial dos EUA com a perda de um satélite Transit-5BN-3 equipado com RTG na costa de Madagascar logo após o lançamento em 1964. E quando a Apollo 13 teve que abortar e retornar à Terra, os astronautas foram orientados a abandonar o Aquário Módulo de Aterragem, juntamente com seus experimentos científicos movidos a energia nuclear, destinados à superfície da Lua no Oceano Pacífico, perto da ilha de Fiji. (Eles não dizem aquele no filme) Perguntamos se seria rentável “ressuscitar” esse RTG do fundo do oceano para uma futura missão espacial. Em lançamentos anteriores equipados com energia nuclear, como a New Horizons, a NASA colocou a chance de um "acidente de lançamento que poderia liberar plutônio" de 350 para 1 contra. Mesmo assim, o RTG blindado é "superprojetado" para sobreviver a uma explosão e impacto com a água.
Mas os riscos valem o ganho em termos de novas descobertas do sistema solar. Em um admirável futuro novo da exploração espacial, o reinício da produção de plutônio para fins pacíficos nos dá esperança. Parafraseando Carl Sagan, as viagens espaciais são um dos melhores usos da fissão nuclear em que podemos pensar!
