Еще в марте 2008 года Space News опубликовала информацию, неправдоподобность которой переводила ее в разряд шутки. В США – крупнейшей ядерной и космической державе – заканчивался… плутоний-238 – радиоактивный материал, используемый в радиоизотопных источниках питания автоматических космических аппаратов. Америка прекратила производить плутоний-238 еще в 1988 году и с тех пор использовала накопленные запасы этого элемента. Начиная с 1992 года, США периодически покупали этот изотоп у России.
Майкл Гриффин, возглавлявший в 2008 году НАСА, заявил тогда, что «недалек тот день, когда мы (американцы – Ю.К.) используем последний имеющийся у нас килограмм плутония-238 и нам придется [полностью] покупать его у России». Гриффин отметил, что зависеть от России по плутонию для беспилотных миссий доставляет ему не больше радости, чем зависеть от нее по кораблям для станции, и назвал данное положение «ужасающим».
Впрочем, «ужас» здесь заключается не только в зависимости от России по данному радиоактивному элементу, а в том, что и в России он заканчивается. Плутоний-238 – это субпродукт производства ядерных взрывчатых веществ. Одним из признаков истощений запасов данного типа радиоактивного топлива у России стало двухгодичное прекращение его поставок в США в 2010-11 гг.
Зачем нужен плутоний-238
Это – источник энергии для многих космических аппаратов (КА), проще говоря, их «еда», дающая им «силы» выполнять поставленные перед ними задачи. «Но разве нельзя обойтись без плутония? – спросят образованные читатели. – Ведь солнечная система буквально пропитана энергией нашего светила. Если уж такому огромному объекту, как МКС, хватает солнечного света и тепла, то куда меньшим беспилотным КА их и подавно должно хватить».
Увы, бытовая логика в данном случае не работает. Во-первых, общая площадь солнечных батарей МКС превышает 3000 квадратных метров и составляет почти половину площади стандартного футбольного поля. Меньшими «сачками» энергию Солнца в том количестве, в котором это нужно станции, просто не собрать. КА, конечно, на фоне МКС почти незаметны, но и им требуются большие «лопухи», ловящие солнечную благодать. Большие батареи утяжеляют аппарат и усложняют управление им.
Во-вторых, многие из «автоматов» работают на значительно большем удалении от Солнца, чем наша планета, куда попадает ощутимо меньше тепла и света, чем на Землю. Представим КА, находящийся на внешней границе «пояса Койпера». Данный «пояс» – состоящая из малых небесных тел область Солнечной системы, расположенная на расстоянии от 30 до 55 астрономических единиц (а.е.) от Солнца, а астрономическая единица – это расстояние от Солнца до Земли. «Автомат» получает там в тысячу раз меньше солнечного света и тепла, чем КА, работающий на орбите Земли. Следовательно, чем дальше от нашего светила, тем больше должны быть батареи космических аппаратов. Это еще больше обостряет проблему веса и управления КА.
Проблему можно решить, если дать каждому из КА «коробочку с ланчем», где в виде «коробочки» будет выступать небольшой ядерный реактор (по-научному радиоизотопный термоэлектрический генератор, или РТГ), а в роли «ланча» – плутоний-238. Причем «ланч» этот весьма высокоэнергетический. Блок плутония-238 размером с кулак раскаляется докрасна в результате идущих в нем процессов распада и вполне может в течение многих лет удовлетворять голод КА, работающего где-нибудь на границе Солнечной системы.
К числу аппаратов, «питавшихся» плутонием-238, относятся американские «Вояджеры» – 1 и -2, запущенные в 1977 году к Юпитеру и Сатурну (к настоящему времени «Вояджер-1» после завершения своей основной миссии отошел от Земли почти на 120 а.е. и продолжает сохранять связь с операторами). Среди прочих обладателей «коробочки» с плутониевым «ланчем» – КА «Галилей», вращавшийся вокруг Юпитера. Для удовлетворения его «аппетита» потребовалось 15,6 кг плутония-238. По прожорливости его явно превзошел направленный к Сатурну и его спутникам КА «Кассини», в РТГ которого было загружено 32,7 кг этого радиоактивного топлива. КА «Новые горизонты», следующий в настоящее время к Плутону, ограничился лишь 10,9 кг плутония-238.
А нельзя ли заменить плутоний-238 его «близнецом-братом» плутонием-239? 239-й в отличие от 238-го продолжает производиться, так как используется в качестве топлива для АЭС и в качестве взрывчатого вещества в ядерном оружии. Теоретически заменить можно, только при этом возникает одна проблема.
Если для того, чтобы обеспечить марсоход «Кьюриосити» необходимым количеством энергии, в его ядерный реактор потребовалось положить 4,8 кг плутония-238, то плутония-239 пришлось бы загрузить почти в 270 раз больше, или 1288 кг. Напомним, что общий вес «Кьюриосити» составляет порядка 900 кг. Таким образом, масса одного лишь топлива, в случае использования плутония-239, превысила бы массу целиком оснащенного марсианского ровера в 1,4 раза. Этот пример достаточно красноречиво говорит о незаменимости плутония-238 в качестве топлива для РТГ.
Тайна за семью печатями, или Четыре вопроса к «Росатому»
Вернемся к «ужасу», который испытывают США, в частности, НАСА, по поводу зависимости от России по плутонию-238. Для того чтобы развеять это чувство, «Голос Америки» задал четыре вопроса госкорпорации «Росатом», занимающейся поставками данного элемента в Соединенные Штаты.
1. Продолжает ли Россия изготавливать плутоний-238?
2. Если нет, то сколько этого топлива осталось в России?
3. Сколько еще плутония-238 Россия сможет поставить в США?
4. Чем был вызван двухгодичный перерыв в поставках плутония-238 из России в США? (об этом речь несколько ниже).
Через два дня официальная представительница этой организации ответила, что «запрошенные сведения представляют собой коммерческую тайну либо информацию для служебного пользования».
Если предположить, что НАСА и Госдепартамент на подобные вопросы «Росатому» получают такие же ответы, то оснований избавляться от этого «ужаса» у данных ведомств нет. Причем чувство это наверняка было обострено два года назад, когда, согласно информационному порталу «Росбалт», в середине декабря 2009 года Россия уведомила США, что не сможет поставлять в ближайшие два года 10 кг неоружейного плутония-238 для источников питания, устанавливаемых НАСА на космических аппаратах. Кроме того, Россия настоятельно предложила перезаключить соответствующее соглашение на новых условиях.
Данные факты в сочетании с нежеланием российской стороны внести ясность в вопрос, сколько еще плутония-238 осталось в России и сколько еще Россия сможет поставить этого топлива в США, дали основания американским СМИ, в частности, Национальному общественному радио (National Public Radio) сделать вывод о том, что «российское производство [плутония-238] уже давно остановлено, и Россия сама осталась без запасов данного элемента».
«Автомобиль» без «бензина»
Именно такое сравнение использовал Ральф Макнатт, специалист по планетным исследованиям в Лаборатории прикладной физики при Университете Джонса Хопкинса, когда описывал то воздействие, которое окажет истощение в Америке запасов плутония-238 на космическую программу США. В 2009 году Макнатт был одним из руководителей комитета при Национальном совете по научным исследованиям (NRC), который занимался данной проблемой.
В докладе, подготовленном данным комитетом, рекомендовалось возобновить производство плутония-238, чтобы избежать задержки или полной отмены будущих научных миссий.
С тех пор прошло почти три года, но «воз и ныне там».
Америка ищет выход
«Не будет большим преувеличением сказать, что будущее бесспорного лидерства США в области планетных исследований в 21 веке зависит от плутония-238, – сказал в интервью интернет-газете Space.com Алан Стерн, руководитель уже упомянутой миссии «Новые горизонты». – Мы еще сможем предпринять одну исследовательскую миссию [после “Кьюриосити”], но это все. Это какое-то сумасшествие. Безответственно подходить так близко к краю пропасти».
В начале 2011 года NRC опубликовал доклад под названием «Мнение [научного сообщества] по поводу основных направлений планетных исследований на текущее десятилетие». Приоритетным направлением данных исследований было названо возвращение с Марса проб грунта, на втором месте – исследование спутника Юпитера Европы – небесного тела, целиком покрытого ледяным панцирем.
Юпитерианская миссия, получившая название «Орбитальный аппарат для исследования Юпитера и Европы», оцениваемая по предварительным подсчетам в 4,7 миллиарда долларов, также потребует для своего осуществления плутоний-238. На нее у НАСА этого топлива хватит, но дальше – неизвестность. Есть два выхода решения проблемы.
Первый – создать РТГ, которые смогут более эффективно использовать энергию плутония-238, а значит, расходовать меньше этого типа топлива. Работы в данном направлении уже начались, но пока НАСА не дошло даже до испытаний опытных образцов этих генераторов.
Второй – возобновить производство плутония-238. На первый взгляд, задача довольно простая – ведь речь идет о производстве всего 2 кг плутония-238 в год. Но как выяснилось, сказать это значительно легче, чем сделать.
Трудные «роды» плутония-238
Итак, по подсчетам Макнатта, на возобновление производства плутония-238 придется потратить 5 лет и не менее 75 миллионов долларов. Другие специалисты называют срок 6-7 лет и сумму 150 миллионов. Для Соединенных Штатов даже 150 миллионов долларов – не такие и большие деньги (для сравнения – это в два с лишним раза меньше стоимости одного пассажирского «Боинга 747-8»), но здесь есть две проблемы.
Первая – непростая бюджетная ситуация в США. Законодатели сейчас куда в большей степени нацелены на экономию федеральных средств, чем на их дополнительные траты. Вторая – административно-бюрократические хитросплетения американского государственного механизма.
Дело в том, что производством плутония-238 должно заниматься Министерство энергетики США. И оно в принципе не возражает сделать это для НАСА. Таким образом, стоимость возобновления производства плутония-238 была бы разделена между этими двумя ведомствами. Но их бюджеты контролируют два разных подкомитета Конгресса, которые никак не могут договориться между собой относительно распределения затрат, связанных с «возрождением» производства плутония-238.
«Я считаю, что в подкомитете, контролирующем бюджет Министерства энергетики, сидят люди, которые настроены против [возобновления производства плутония-238], – сказал в интервью Space.com Алан Стерн. – У них достаточно власти, чтобы не допустить это, что они уже весьма эффективно делают в течение ряда лет. Нам нужно обращаться к русским, чтобы попасть на космическую станцию, мы уже не можем исследовать Луну так, как в те времена, когда я был еще мальчишкой, а теперь еще и лишимся способности исследовать Солнечную систему до самых ее границ. Это ослабляет Соединенные Штаты и ничего, кроме чувства глубокого разочарования, вызвать не может. Нужно открыто назвать имена тех людей, которые блокируют [возобновление производства плутония-238]. Это – антипатриоты».
НАСА уже пыталось включить в бюджетный запрос на 2010 год 30 миллионов долларов на начальные работы по запуску производства плутония-238 в США, но Сенат вообще «срезал» эту сумму. Палата представителей проявила большую щедрость, оставив из 30-миллионного запроса 10 миллионов долларов.
Сейчас внимание НАСА и американского научного сообщества сконцентрировано на миссии «Кьюриосити». Но вскоре после того, как этот марсоход, будем надеяться, успешно достигнет Марса и начнет там свои исследования, НАСА уже будет активно готовить следующий шаг по изучению внеземного пространства с помощью КА. И теперь неотъемлемой частью этой подготовки станет возобновление производства в США плутония-238.
25.06.18
Плутониевое истощение космической программы США
-
Юрий Караш
Другие статьи
-
19.09.23
Высокая радиоактивность на Тайби-Айленде порождает новые поиски ядерной бомбы
Согласно отчету 2001 г. об аварии на Тайби, бомба не представляла угрозы, так как не содержала плутония. Однако, позднее документы указывали на наличие плутониевой капсулы