Mars-Mission könnte Vorhang auf für Plutonium-betriebene Raumschiffe sein

Mars Rover neue Mission

Das Konzept dieses Künstlers zeigt den Mars Science Laboratory Curiosity Rover der NASA, einen mobilen Roboter zur Untersuchung der früheren oder gegenwärtigen Fähigkeit des Mars, mikrobielles Leben zu erhalten. Curiosity soll am 26. November 2011 zum Roten Planeten starten. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)





Der neueste Mars-Rover der NASA, Curiosity, ist eines in einer langen Reihe von Raumfahrzeugen, die mit dem radioaktiven Element Plutonium betrieben werden. Da diese Chemikalie jedoch schnell knapp wird, könnte dies die letzte sein, befürchten Wissenschaftler.

Curiosity soll am Samstag (26. November) zu einer bahnbrechenden Mission zum Roten Planeten starten. Wenn der Rover in der Größe eines Autos im nächsten August die Marsoberfläche erreicht, wird er mit einer speziellen Art des Elements namens Plutonium-238 angetrieben.

Seit 50 Jahren verwendet die NASA Plutonium-238 als Treibstoffquelle für unbemannte Raumschiffe, um Planeten und andere Objekte im äußeren Sonnensystem zu untersuchen, aber die Lagerbestände dieses Materials versiegen.



Ohne zusätzliche Vorräte dieses Treibstoffs ist die Fähigkeit der Behörde, zukünftige Planetenforschung zu betreiben, gefährdet. Das können sich die Vereinigten Staaten einfach nicht leisten, sagen Wissenschaftler.

'Es ist, als hätte man ein Auto und kein Benzin im Auto', sagte Ralph McNutt, ein Planetenwissenschaftler am Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University und ein Projektwissenschaftler für die Messenger-Mission der NASA zum Merkur. 'Die Entwicklung dieses Energiesystems hat in den USA über fünf Jahrzehnte stattgefunden, und wir sind kurz davor, alles wegzuwerfen.'

Im Jahr 2009 war McNutt Co-Vorsitzender eines Ausschusses des National Research Council (NRC), der das Problem des schwindenden Plutonium-238 untersuchte. Auf Ersuchen der NASA und des Kongresses untersuchte das Komitee, wie sich das knappe Angebot auf zukünftige planetare Wissenschaftsmissionen auswirken würde, und prüfte auch verfügbare Optionen, um das Problem anzugehen. [ Video: Neuer Mars Rover mit Plutoniumantrieb ]



Der NRC-Bericht wurde im Mai 2009 veröffentlicht und stellte fest, dass Plutonium-238 „wesentlich für das US-Weltraumforschungs- und -erforschungsprogramm“ war und bleiben wird. Die Ausschussmitglieder empfahlen, die heimische Produktion des Materials wieder aufzunehmen, um das planetarische Wissenschaftsprogramm der NASA aufrechtzuerhalten und Verzögerungen oder sogar Annullierungen zukünftiger Missionen zu vermeiden.

Als die Ergebnisse präsentiert wurden, nannten McNutt und seine Kollegen es 'einen Tag der Abrechnung', weil das Land und tatsächlich die Welt gefährlich nahe daran war, das Plutonium-238 vollständig auszugehen.

Das war vor fast drei Jahren und seitdem hat sich leider nicht viel geändert.



In der Nähe des Randes schweben

'Zu diesem Zeitpunkt war es sehr ernst und es ist immer noch eine sehr ernste Situation', sagte Jim Adams, stellvertretender Direktor für Planetenforschung der NASA, gegenüber guesswhozoo.com. 'Das Problem ist groß genug, dass wir nun seit drei Jahren konsequent daran arbeiten.'

Plutonium-238 , das sich von dem in Atomwaffen verwendeten Plutonium unterscheidet, gibt Wärme ab, die in Strom umgewandelt wird. Das Material war besonders nützlich bei Missionen, die sich in das äußere Sonnensystem wagen, wo das spärliche Sonnenlicht nicht effektiv mit Sonnenkollektoren genutzt werden kann.

Einige der produktivsten Roboter-Raumschiffe wurden mit Plutonium-238 betrieben, darunter die Zwillingssonden Voyager, die 1977 zur Vermessung von Jupiter und Saturn gestartet wurden. Die standhaften Sonden sind noch heute am äußersten Rand des Sonnensystems im Einsatz und tragen seit mehr als 30 Jahren maßgeblich zu unserem Verständnis der äußeren Planeten bei. [ Unser Sonnensystem: Eine Fototour der Planeten ]

Andere mit Plutonium-238 betriebene Raumsonden sind die Galileo-Sonde, die den Jupiter umkreiste, die Cassini-Raumsonde, die derzeit Saturn und seine Monde untersucht, und die Raumsonde New Horizons, die auf dem Weg zum Pluto ist.

'Ohne Plutonium-238 hätten wir keine 99,9 Prozent unseres Wissens über die äußeren Planeten und ihre Systeme', sagte McNutt. „Es ist einfach eine riesige Menge, die nicht getan werden konnte. Wenn wir weiterhin die Art von Fortschritt machen wollen, die die Weltraumgemeinschaft machen möchte und die Art von Fortschritt, bei der die NASA die Führung übernimmt, können wir dies nicht ohne diese Stromversorgung tun. Ohne sie wird alles umsonst sein.'

Künstler

Künstlerisches Konzept der NASA-Raumsonde Cassini bei Saturn.(Bildnachweis: NASA/JPL)

Das US-Energieministerium (DOE) hat der NASA seit 1961 Plutonium-238 zur Verfügung gestellt, um Energiesysteme, sogenannte thermoelektrische Radioisotop-Generatoren (RTGs), auf Raumfahrzeugen zu befeuern. Eine Zeit lang wurde das Material auch aus Russland gekauft, aber diese Lieferung hat sich seitdem eine Sackgasse erreicht.

Plutonium-238 wurde in den USA seit Ende der 1980er Jahre nicht mehr hergestellt. Das Material ist ein Nebenprodukt von Atomwaffen und wurde zuletzt während des Kalten Krieges hergestellt, erklärte Roger Launius, Kurator für Weltraumgeschichte am Smithsonian's National Air and Space Museum in Washington, D.C.

'Die Moral der Geschichte ist, dass es eine begrenzte Anzahl von Missionen gibt, die mit Plutonium-238 mit unserem aktuellen Lagerbestand betrieben werden können', sagte Launius gegenüber guesswhozoo.com.

Dieser Mangel an Plutonium-238 ist in der Wissenschaftsgemeinschaft seit mehreren Jahren ein bekanntes Problem, aber der NRC-Bericht von 2009 war ein böses Erwachen, wie ernst die Situation wirklich ist, sagte Alan Stern, Leiter der NASA-Mission New Horizons zu Pluto, und ein Planetenforscher am Southwest Research Institute.

'Es ist nicht zu weit zu sagen, dass die Zukunft einer gesunden Führungsposition für die USA im Jahr 21'NSJahrhundert hängt die Planetenforschung vom Zugang zu Plutonium-238 ab“, sagte Stern, der von 2007 bis 2008 auch stellvertretender Administrator des Science Mission Directorate der NASA war.

Ausblick in die Zukunft

Die genaue Menge an Plutonium-238, die noch verfügbar ist, ist nicht öffentlich – das Energieministerium hält solche Informationen normalerweise geheim. Curiosity, auch bekannt als Mars Science Laboratory, trägt fast 3,6 Kilogramm des radioaktiven Treibstoffs. Danach schätzen Wissenschaftler, dass nur noch genug Plutonium-238 für eine weitere planetarische Flaggschiff-Mission übrig ist.

'Wir müssen noch einen Ausflug machen, um etwas zu erkunden, und das war's', sagte Stern. 'Es ist einfach verrückt. So nah am Rand zu sein, bevor die Kapazitäten erschöpft sind, ist unverantwortlich.“

Das Konzept dieses Künstlers zeigt die NASA

Das Konzept dieses Künstlers zeigt den Jupiter Europa Orbiter der NASA, der eine Ergänzung von 11 Instrumenten tragen würde, um Europa und das Jupiter-System zu erkunden. Die Raumsonde ist Teil der gemeinsamen NASA-ESA Europa Jupiter System Mission.(Bildnachweis: NASA / ESA)

Anfang dieses Jahres hat der National Research Council seinen Planetary Science Decadal Survey veröffentlicht, der einen Konsens über die Ziele der breiten wissenschaftlichen Gemeinschaft für die Planetenforschung in den nächsten 10 Jahren darstellt. Zu den höchsten Prioritäten der dekadischen Umfrage zählten eine Reihe von Proberückkehrmissionen zum Mars und eine Mission zur Erforschung von Jupiters Eismond Europa.

Die geschätzte 4,7 Milliarden US-Dollar teure Europa-Mission mit dem Namen Jupiter Europa Orbiter würde eine RTG-Energiequelle benötigen, die mit Plutonium-238 betrieben wird.

„Wir haben jetzt genug Plutonium in unserem Vorrat, um den Bedarf der NASA bis zum Ende des Jahrzehnts – bis etwa 2020 – zu decken“, sagte Adams.

Um jedoch Explorationsmissionen über diesen Zeitrahmen hinaus planen zu können, muss der Mangel an Plutonium-238 behoben werden.

Bisher gibt es kein Ersatzstromsystem, das so sicher, effektiv und zuverlässig ist wie Plutonium-betriebene RTGs, sagte McNutt. Die NASA hat an Systemen der nächsten Generation geforscht, die einen größeren Prozentsatz der Wärme von Plutonium-238 in Strom umwandeln, was im Wesentlichen weniger Material pro Mission erfordern würde. Aber diese Systeme müssen noch ausreichend getestet werden.

Keine Optionen mehr

McNutt schätzt, dass die Wiederaufnahme der Produktion von Plutonium-238 über einen Zeitraum von fünf Jahren etwa 50 bis 75 Millionen US-Dollar kosten würde. Diese Frage der Finanzierung war in der Regel dort, wo Befürworter die größten Hindernisse fanden. Launius, der auch Mitglied des NRC-Komitees 2009 war, sagte, der Vorschlag, die Produktion von Plutonium-238 wieder aufzunehmen, habe im Kongress komplizierte Haushaltsfragen aufgeworfen.

'Das DOE war daran interessiert, der NASA zu helfen, und die NASA war daran interessiert, dies zu tun', erklärte Launius. 'Keine Seite konnte sich mit der Wiedereinführung einer Produktionslinie und den damit verbundenen jährlichen Kosten abfinden.'

Obwohl die NASA der Hauptverbraucher wäre, schlugen die beiden Agenturen eine Aufteilung der Produktionskosten vor.

'[Das] DOE ist verantwortlich für die Aufrechterhaltung der nationalen Fähigkeit zur Unterstützung der Entwicklung, Produktion und Sicherheit von Radioisotopen-Energiesystemen für nationale Sicherheits- und Weltraumexplorationsmissionen und verpflichtet sich, diese Mission zu erreichen', Alice Caponiti, Programmdirektorin für Infrastrukturkapazitäten bei dem Energieministerium, teilte guesswhozoo.com in einer E-Mail mit. 'Der Haushaltsantrag der Regierung für das Geschäftsjahr 2012 schlug eine Vereinbarung zur Kostenteilung zwischen dem DOE und der NASA vor, um diese Arbeit zu finanzieren.'

Aber die Mittel für die NASA und das DOE werden von zwei separaten Unterausschüssen des Kongresses bereitgestellt, und wichtige Gesetzgeber haben es nicht geschafft, eine Einigung zu erzielen, die dem DOE die notwendige Finanzierung für die Wiederaufnahme der Produktion von Plutonium-238 gewähren würde.

'Ich glaube, es gibt bestimmte Personen in den Kongressausschüssen, die das Energieministerium kontrollieren, die dagegen sind', sagte Stern. „Sie sind in der Lage, dafür zu sorgen, dass dies nicht passiert, und sie sind seit Jahren sehr effektiv. Wir müssen uns jetzt von den Russen zur Raumstation bringen lassen, wir können den Mond nicht so erkunden, wie ich es war, als ich ein Junge war, und jetzt werden wir uns die Fähigkeit nehmen, das tiefere äußere Sonnensystem zu erkunden . Es ist sehr enttäuschend und schwächt für die USA. Was die Menschen angeht, die dies behindern, müssen sie entlarvt werden. Das ist unpatriotisch.'

Eine Künstlerin

Ein künstlerisches Konzept der Raumsonde New Horizons, die 2015 Pluto besucht. Instrumente werden Pluto und seine Monde kartieren und dabei nicht nur Details zur Oberfläche des Zwergplaneten liefern, sondern auch über seine Form, die zeigen könnte, ob ein Ozean liegt oder nicht unter dem Eis.(Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)

Ein kompliziertes Problem

Das Fehlen einer Einigung in dieser Frage hat laut McNutt bei Wissenschaftlern, die die Zukunft der Planetenforschung auf dem Spiel sehen, „schwere Frustration“ verursacht.

'Wenn ich könnte, würde ich einen Scheck über 10 Millionen Dollar ausstellen', sagte er. 'Angesichts dessen, worüber wir sprechen und wo wir uns befinden, von außen betrachtet, dies nicht zu tun, scheint eine sehr 'wenig-kluge, aber törichte' Entscheidung zu sein.'

Selbst wenn die Produktion des Materials sofort beginnen könnte, würde es Jahre dauern, bis ein neues Lager von Plutonium-238 zur Verfügung steht.

»Es ist nicht so, als würde man einen Lichtschalter umlegen«, sagte McNutt. „Es dauert eine gewisse Zeit, um das Plutonium-238 zu kochen. Viele chemische Prozesse müssen ablaufen , und all diese Dinge brauchen Zeit.'

Caponiti sagte jedoch, das DOE arbeite daran, die Produktion dieses wertvollen Materials wieder aufzunehmen, das auch Anträge für die nationale Sicherheit habe. Aber auch hier hängt die Frage der Finanzierung in der Schwebe. [ Top 10 Weltraumwaffen ]

'Bei der geplanten Produktionsrate von bis zu zwei Kilogramm [ca. 4,4 Pfund] pro Jahr können die Target-Fertigung und Target-Verarbeitung in bestehenden Anlagen durchgeführt werden, die nach Bedarf für Upgrades von Ausrüstung und Support-Services modifiziert werden', sagte Caponiti. 'Je nach Förderprofil wird es etwa sechs bis sieben Jahre dauern, bis diese Produktionsrate erreicht ist.'

Planetenwissenschaftler hoffen, dass ein Verständnis dessen, was auf dem Spiel steht, und ein Plan zur Lösung des Problems bei den Gesetzgebern, die in der Lage sind, das Problem zu beheben, an Bedeutung gewinnen wird.

'Heutzutage ist es leicht, den Kongress mit Steinen zu bewerfen', sagte McNutt. „Aber angesichts all der großen, dringenden Probleme ist es nicht die Art von Dingen, die die Aufmerksamkeit der Leute auf sich ziehen. Es gibt einige Leute, die berechtigterweise das Gefühl haben, dass dies einfach keine Priorität hat, dass nicht genug Geld da ist und es nicht ihr Problem ist. Aber ich denke, wenn Sie versuchen, einen Schritt zurückzutreten und sich den Wald und nicht nur die einzelnen Bäume anzuschauen, ist dies eines der Dinge, die uns geholfen haben, ein technologisches Kraftpaket zu werden. Was wir mit der robotergestützten Weltraumforschung erreicht haben, ist etwas, zu dem die Menschen nicht nur in den USA, sondern auf der ganzen Welt aufschauen können.“

Vorerst haben es sich Mitglieder der planetarisch-wissenschaftlichen Gemeinschaft zu einer Priorität gemacht, die Nachricht zu verbreiten und nicht nur Politiker, sondern auch die Öffentlichkeit aufzuklären.

'Wir haben im Bericht von 2009 versucht, wirklich auf die Kehrseite des Ausstiegs der USA aus dem Geschäft mit der Herstellung dieses Materials hinzuweisen', sagte McNutt. 'Wir wollten sicherstellen, dass in ein paar Jahren niemand mehr sagen kann: 'Ich wusste nicht, dass dies ein solches Problem sein würde und dass wir das Problem nicht einfach über Nacht lösen und beheben können.' Weil wir es nicht können.'

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