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Warum der Marsrover Perseverance der NASA Atomkraft nutzen wird, um sich warm zu halten

Ein Raumschiff ist nur so stark wie seine Energiequelle, weshalb sich die Agentur bei der Entwicklung ihres Perseverance Mars Rovers der NASA dem radioaktiven Plutonium zuwandte.

Das Plutonium, das am Donnerstag (30. Juli) vom Planeten gesprengt wird, hat nicht die gleiche Form wie Waffen und ist gut geschützt, falls während des Starts etwas schief geht. Diese Plutoniumeinheiten sind jedoch eine angesehene Energiequelle für Raumfahrzeuge – der Curiosity Rover der NASA läuft auf einem ähnlichen Gerät.

“Die NASA erforscht gerne, und wir müssen an sehr weit entfernten Orten, staubigen Orten, dunklen Orten und in rauen Umgebungen erforschen”, sagte June Zakrajsek, Experte für Kernbrennstoffe am Glenn Research Center der NASA in Ohio, in einem Energieministerium (DOE) ) Podcast über die Ausdauer-Mission. “Wenn wir uns in solchen Umgebungen befinden, liefert Sonnenenergie manchmal nicht die Energie, die wir benötigen. Das Licht gelangt einfach nicht an die Orte, an denen wir es brauchen würden.”

Siehe auch: Mars 2020 Perseverance Rover der NASA: Live-Updates

Einige NASA-Missionen zum Mars wurden natürlich mit Solarenergie betrieben – der InSight-Lander, der derzeit auf dem Roten Planeten betrieben wird, trägt Sonnenkollektoren, ebenso wie die beiden Rover Spirit und Opportunity zu Beginn dieses Jahrhunderts. Aber Opportunity ist ein Maskottchen für die Schwächen der Sonnenenergie auf dem Mars, da das Ende des Rovers kam, als ein massiver globaler Staubsturm ihn daran hinderte, das Sonnenlicht anzuzapfen. Wenn Sie einen Rover mit Atomkraft betreiben, müssen Sie sich über dieses Szenario keine Sorgen machen.

Für den Perseverance Rover wandte sich die NASA in einem System namens Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG) Plutonium zu, das das Raumschiff etwa 14 Jahre lang mit Strom versorgen sollte.

“Sie haben keine Verlängerungskabel, Sie können nicht für einen Mechaniker ausgehen”, sagte Bob Wham, ein Experte für Kernbrennstoffe am Oak Ridge National Laboratory, im selben Podcast. “Man muss absolut zuverlässig sein.”

Wie der Rest des Perseverance-Rovers basiert auch das MMRTG stark auf dem Curiosity-Rover, der 2011 auf den Markt kam, 2012 auf dem Roten Planeten gelandet ist und seitdem stetig tuckert. Das MMRTG von Perseverance ist seit sieben Jahren in Arbeit, fast so lange wie sein Vorgänger Curiosity angetrieben hat, und hat laut DOE einen Preis von 75 Millionen US-Dollar.

(Atomkraftwerke anderer Art sind bei Missionen wie den vierzig Jahre alten Voyager-Doppelsonden und dem Cassini-Raumschiff, das durch die Saturnringe getaucht ist, ebenfalls in den Weltraum gereist.) 

Das MMRTG von Perseverance ist für eine Leistung von 110 Watt ausgelegt, ungefähr so ​​viel wie eine Glühbirne. Das Plutonium zerfällt und gibt Wärme ab, die ein Generator in Energie umwandelt, um alle Instrumente des Rovers anzutreiben. Außerdem erzeugt es genug Wärme, um das Raumschiff vor den eisigen Nächten und Wintern auf dem Mars zu schützen.

Das Plutonium begann als ein völlig anderes Element, Neptunium, das Wissenschaftler fast zwei Monate lang in einem Kernreaktor mit Neutronen bestrahlten, um es in die für das MMRTG benötigte Plutoniumform umzuwandeln. Das Plutonium wird dann mit Keramik kombiniert, wodurch eine sicherere Verbindung entsteht als bei Waffen.

Wenn Sie jedoch eine Atomkraftquelle an die Spitze einer Rakete stellen, sind dennoch einige Vorsichtsmaßnahmen erforderlich. Am wichtigsten ist, dass jedes Plutoniumpellet in Iridium eingeschlossen ist, das das radioaktive Material enthalten würde, wenn es auf die Erde zurückfallen würde. Nach Angaben der NASA und des DOE geschah dies dreimal mit weltraumgebundenen Kernkraftquellen, von denen keine Schäden verursachte. Eine der Energiequellen wurde sogar aus dem Meer gefischt, um später für eine andere Mission verwendet zu werden.

In Fotos: NASAs Mars Perseverance Rover Mission zum Roten Planeten

Die NASA verstärkt die Missionskontrollteams für solche Starts mit zusätzlichem Personal, um alle erforderlichen Reaktionen auf den nuklearen Aspekt der Mission zu koordinieren. Für den Start von Perseverance modellierte die Regierung eine ganze Reihe von Dingen, die am Starttag schief gehen könnten – von einem Problem vor dem Start, das relativ kompakte geografische Auswirkungen hätte, bis zu einem Problem in der Erdumlaufbahn, das das Raumschiff davon abhält, zum Mars zu fliegen.

Beide Szenarien haben nach den Modellen der Regierung eine Wahrscheinlichkeit von weniger als 0,1%. Wenn während des Starts ein Problem auftritt, deuten diese Berechnungen darauf hin, dass selbst die konzentrierteste Strahlenexposition etwa acht Monaten Hintergrundstrahlung entspricht, die von lebenden Menschen erfahren wird in den USA

Und so sitzt Perseverance auf der Startrampe, die mit einem MMRTG beladen ist, das 32 heiße, silberne Kraftstoffklumpen enthält und bereit ist, zum Roten Planeten zu fliegen.

Im Gegensatz zu Curiositys Plutonium ist ein Teil davon an Bord von Perseverance relativ frisch und in den USA hergestellt. Die Form von Plutonium, die für diese Missionen verwendet wurde, begann nach Berichten von Slate nach der Landung von Curiosity als Nebenprodukt von Produktionsprozessen für Atomwaffen, und die US-Regierung stellte in den 1980er Jahren die Schaffung einer eigenen Versorgung mit diesem Plutonium ein, nachdem sie beschlossen hatte, dass sie genug Zugang dazu hatte seine Bedürfnisse.

In letzter Zeit hat die NASA die Stromquellen rationiert, weshalb das DOE 2015 beschlossen hat, wieder Plutonium herzustellen – derzeit bis zu 400 Gramm pro Jahr, mit dem Ziel, dies zu können 3,3 lbs zu machen. (1,5 Kilogramm) jedes Jahr bis 2026 nach Angaben des DOE.

Eine zukünftige Mission der NASA mit Atomantrieb ist bereits in Arbeit, wohin dieses Plutonium gehen wird. Die Dragonfly-Mission der Agentur, eine Drohne für den seltsamen großen Saturnmond Titan, wird von einem MMRTG angetrieben. Das Raumschiff soll 2026 starten.