In poche settimane, la navicella spaziale New Horizons della NASA farà il suo storico sorvolo di Plutone e delle sue lune. I pannelli solari non sono in grado di funzionare nelle regioni più oscure del sistema solare esterno, e invece, New Horizons impiega qualcosa che ogni veicolo spaziale che si è finora avventurato oltre Giove ha portato nel suo kit di strumenti: un generatore termoelettrico a radioisotopi alimentato al plutonio, o RTG.
L'uso dell'energia nucleare per esplorare lo spazio è uno dei pochi capitoli felici dell'era post atomica, e l'energia nucleare potrebbe un giorno darci l'accesso alle stelle.
Negli anni Cinquanta l'energia atomica era vista come una panacea oltre che una maledizione, una sorta di Spada di Damocle che al tempo stesso incombeva sul genere umano, pur mantenendo la promessa della sua salvezza. Questo avveniva prima dei disastri di Fukushima Daiichi, Chernobyl e Three Mile Island, che avrebbero inasprito l'opinione pubblica su tutto ciò che riguardava il nucleare.
EBR-1, la prima centrale nucleare commerciale ad essere online (EBR-1), situata in Idaho. Credito immagine: David Dickinson
Ma i primi pionieri dello spazio hanno anche riconosciuto il potenziale dell'energia nucleare nell'esplorazione dello spazio. Una delle proposte più bizzarre della prima era spaziale era un piano chiamato Progetto A119 che richiedeva agli Stati Uniti di far esplodere un'arma nucleare sulla Luna in piena vista dell'Unione Sovietica come dimostrazione di potere. Un'altra proposta interessante doppiata Progetto Orione chiamato per la costruzione di un veicolo spaziale interstellare che sarebbe stato spinto da bombe atomiche fatte esplodere a poppa. E il primissimo artefatto umano sparato nello spazio potrebbe essere stato una piastra d'acciaio di una tonnellata che è stata accidentalmente spinta ad alta velocità verso il cielo durante il test nucleare Pascal B nella serie Operation Plumbbob il 27 agosto.ns, 1957. E gli Stati Uniti hanno effettivamente fatto esplodere armi nucleari nello spazio prima dell'avvento del Trattato di divieto limitato dei test del 1967 che in seguito proibì tali test. Uno straordinario (e, come figlio della Guerra Fredda, molto inquietante da guardare) tale test noto come Starfish Prime è stato effettuato nel Pacifico meridionale nel 1962:
Uno dei primi veicoli spaziali che sfoggiava un RTG è stato il satellite Transit-4A lanciato il 29 giugnons, 1961. Un altro satellite simile della serie, Transit-5BN-3, è stato perso poco dopo il lancio insieme al suo RTG alimentato al plutonio, che è rientrato nell'Oceano Indiano. Il satellite sovietico Kosmos 954 anche rientrato sull'alto Artico canadese all'inizio del 1978 insieme al suo reattore nucleare di bordo.
E quando l'Apollo 13 tornò sulla Terra, l'equipaggio gettò a mare ilAcquariomodulo di atterraggio lunare sul Pacifico, dove è rientrato insieme al suo plutonio RTG destinato agli esperimenti ALSEP che gli astronauti dell'Apollo posizionavano sulla Luna durante ogni missione.
Acquario dopo la separazione. Credito immagine: Apollo 13/NASA
Ogni lancio da Cape Canaveral di un RTG nucleare attirerà sicuramente una manciata di manifestanti, anche se la NASA ha stimato un catastrofico fallimento del lancio che coinvolge una rottura dell'RTG durante il lancio di New Horizons a 1-in-360. Queste paure hanno raggiunto un crescendo durante il lancio di Cassini nel 1997, che ha visto anche un flyby terrestre con la fionda il 18 agosto.ns, 1999 in rotta verso Saturno.
Un RTG nucleare funziona utilizzando il calore di scarto generato dal decadimento radioattivo del plutonio-238. Questo non solo ha un'emivita di 87,7 anni, ma genera anche un rispettabile 560 watt-secondo per chilogrammo al secondo. Sfortunatamente, il materiale che utilizziamo come arma per le bombe nucleari è un isotopo separato noto come Pu-239 e non può essere riproposto per l'uso in RTG. La produzione di plutonio-239 per armi nucleari durante la Guerra Fredda, tuttavia, assicurò anche che la capacità di creare anche Pu-238 per i voli spaziali fosse disponibile fino alla fine della produzione negli Stati Uniti nel 1989.
Una pallina luminosa di Pu-238. Credito immagine: NASA/DoE
Un appello di veicoli spaziali dotati di RTG si legge come un 'Who's Who' dell'esplorazione dello spazio del sistema solare esterno e include: Pioneer 10 e 11, Galileo, Cassini, il Mars Science Laboratory, Voyagers 1 e 2, Vikings 1 e 2 e il la suddetta navicella spaziale New Horizons diretta a Plutone.
Curiosità: il plutonio che alimenta Curiosity mentre esplora Marte è stato effettivamente acquistato dalla NASA dai russi.
Un primo piano dell'MMRTG di MSL. Credito immagine: NASA/LBNL
Al momento della stesura di questo articolo, la missione Mars Rover 2020 è la prossima navicella spaziale a rompere i legami scontrosi che sfoggeranno, come Curiosity, un MMRTG alimentato al plutonio. Una proposta missione Uranus Orbiter chiamata HORUS (questo sta per—respiro profondo—l'Herschel Orbiter per la ricognizione del sistema Uranus, perché 'Uranus Probe' non suona proprio bene) avrebbe anche utilizzato e RTG. La missione Europa Clipper sulla luna di Giove Europa, che dovrebbe essere lanciata intorno al 2025, ha scelto celle solari su un RTG nucleare, anche se dovrà attraversare il pericoloso ambiente di radiazioni che circonda Giove. In effetti, la navicella spaziale Juno che entrerà in orbita attorno al pianeta Giove il prossimo anno sarà laprimoMissione gioviana che non utilizzerà l'energia nucleare, sebbene richieda tre enormi pannelli solari per compensare.
La quantità di plutonio che la NASA ha a disposizione per gentile concessione del Dipartimento dell'Energia è classificata per motivi di sicurezza, ma si pensa che ne abbia abbastanza per una missione di classe grande e una di classe scout rimanente. New Horizons incorpora 10,9 chilogrammi di plutonio , ed è interessante notare che qualsiasi civiltà aliena che trova un'astronave umana in orbita attorno al piano della nostra galassia della Via Lattea a milioni di anni da qui potrebbe datare la sua produzione dal decadimento radioattivo di quel pochissimo Pu-238 rispetto agli isotopi di decadimento rimasti nel suo RTG.
Un primo piano di New Horizons incapsulato nella sua carenatura di lancio poco dopo l'installazione del suo RTG. Credito immagine: KSC/NASA
La NASA ha annunciato che il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti lo farà davvero riprendere la produzione di plutonio al una melodia di circa 1,5-2 chilogrammi all'anno a partire dal 2016. Sul lato negativo, la NASA, tuttavia, ha interrotto lo sviluppo del suo Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG) nel 2013. Questa è una decisione alquanto contraddittoria, alimentata più dalla politica che dalla praticità data l'attuale scarsità di plutonio. Il progetto ASRG doveva essere quattro volte più efficiente degli attuali MMRTG (MM sta per Multi-Mission) e avrebbe quindi utilizzato meno delle scorte in diminuzione del Pu-238 esistente.
Purtroppo, il persistente carenza di plutonio potrebbe avere un impatto terribile sul futuro dell'esplorazione dello spazio del sistema solare esterno. Mentre Cassini, New Horizons e la navicella spaziale Voyager concludono le rispettive missioni, i nostri 'occhi sul sistema solare esterno' potrebbero oscurarsi, poiché l'attuale era d'oro dell'esplorazione planetaria volge al termine per ora, o almeno attende un nuovo generazione di veicoli spaziali alimentati al plutonio per occupare il mantello.
