Плутоний-238, дающий примерно полватта энергии с одного грамма и имеющий период полураспада в 87 лет, является самым эффективным источником энергии, доступным космическим аппаратам землян. Именно от него питаются и «Вояджеры», что скоро покинут пределы родной Солнечной, и Curiosity, только что заступивший на марсианскую вахту. Однако холодная война, эхом которой является это вещество, кончилась, а новой, к счастью, не ожидается.

В 1988 году производство плутония в США прекратилось. С тех пор находчивые заокеанцы получали его у России, и именно на этих закупках работали насавские «Галилео» и прочие КА, цели которых находятся за пределами земной орбиты.

Но в 2009 году российская сторона, с тревогой глядевшая на сокращение собственных запасов плутония, производство которого не так давно тоже было остановлено (по официальным данным), задрала цены выше $6 млн за кг, что вынудило НАСА, с его ограниченным финансированием, сказать поставкам «извините, хватит».

Когда-то доступный десятками кг, сегодня плутоний-238 стал для НАСА экзотикой, радикально опережающей по цене золото. (Здесь и ниже иллюстрации NewScientist.)

В 2009-м, когда это случилось, у НАСА было 5 кг плутония-238, и предполагалось, что его хватит примерно до 2018 года — при аккуратном расходовании. Чтобы иметь собственный плутоний, нужно прямо сейчас разворачивать соответствующую программу, но и тогда шансы на получение устойчивых 2 кг в год к 2018-му далеко не стопроцентны. Самое же неприятное препятствие на пути новой плутониевой инициативы — это даже не время или технические сложности, а конгресс США. Хотя в отношении $700 млрд военного бюджета конгресс в целом не имеет возражений (много избирателей и спонсоров трудятся в ВПК), те $100 млн, что понадобятся (по расчётам НАСА) на наработку плутония-238, американский парламент НАСА не даст. По крайне мере так думают в самом ведомстве. И, как нам кажется, не без оснований. Да, это одна семитысячная американских военных расходов, но в здешней космической отрасли лоббисты в подмётки не годятся представителям ВПК.

Из ситуации предлагается три возможных выхода. Первый — перевести КА, исследующие Марс, Юпитер и Сатурн (а также их спутники), на солнечные батареи. Недостатки такого решения в том, что на Марсе пыльные бури способны покончить с любым аппаратом на солнечных батареях, не говоря уже о полярных областях планеты, где солнечной энергии просто не хватит для эксплуатации в зимнее время. На орбитах Юпитера, Сатурна и, например, Плутона солнечная постоянная ожидаемо меньше земной в 25, 100 и более 2 000 раз соответственно. Вес солнечных батарей, способных питать зонд типа New Horizons на орбите Плутона, превысит 99% веса самого аппарата, и технически такое решение является варварством.

Второй вариант, предложенный недавно НАСА-разработчиками для поверхности облачной Венеры, заключается в использовании литий-углекислотного цикла для двигателя Стирлинга — ведь солнечные батареи на поверхности Венеры с атмосферой в 100 раз более плотной, чем земная, также малорезультативны. Вот только, кроме Венеры, это решение применимо лишь на Марсе. Да и то с трудом: малая плотность атмосферы породит к жизни насос для получения достаточного количества углекислого газа — либо двигатель Стирлинга придётся делать сверхмаломощным.

Среди прочего новый метод получения плутония-238 может быть применен для небольших атомных реакторов, что резко упростит производство, сегодня привязанное к немногочисленным крупным исследовательским реакторам.

Третий путь — всё тот же плутоний-238. Только на этот раз специалисты из Центра космических ядерных исследований в Айдахо-Фолс (Center for Space Nuclear Research, CSNR) предложили НАСА использовать не кассетный, а «конвейерный» способ его наработки. Вместо того чтобы загружать нептуний-237 на год в атомный реактор, где под действием нейтронов образуется плутоний-238, а затем извлекать его с помощью сложных химических процессов, предлагается организовать вокруг реактора кольцо с небольшими ёмкостями, содержащими нептуний-237. Через несколько дней из капсул можно будет вынимать нептуний-237, 0,01% которого за это время станет плутонием-238. Новый подход к производству последнего позволит сократить время облучения нептуния-237, равно как и количество разнообразных ненужных изотопов, образующихся при его длительном обстреле нейронами. Это будет означать гораздо более простой и дешёвый процесс химической очистки плутония от примесей и сократит стоимость возобновления плутониевого производства до $50 млн.

Бог его знает, что предпочтёт НАСА. Зато совершенно очевидно, что промедление в этом вопросе очень скоро сведёт многолетние миссии к отдалённым планетам Солнечной системы на нет.

Автор: Александр Березин