Warum nutzen moderne Raumfahrzeuge keine Atomkraft?

Es ist alles eine Frage, ob sie es brauchen. Die meisten, die sich innerhalb von ein paar AE von der Sonne aufhalten, können ausreichend Strom von Sonnenkollektoren beziehen. Wenn sie sich weiter entfernen, verwenden sie ein RTG .

Zum Beispiel geht New Horizons , das 2006 gestartet wurde (was als „modern“ gilt, wenn man nur wenige Sonden pro Jahr startet), zu Pluto, sodass es nicht in der Lage sein wird, genügend Strom von Sonnenkollektoren zu bekommen, und verwendet ein RTG.

Wie alles andere ist es eine Frage des Risikos und der Kosten. Wenn es billiger ist oder ein geringeres Risiko ohne deutlich höhere Kosten besteht, entscheiden sie sich für die Alternative.

Das eigentliche Problem mit RTGs ist, dass die USA in den 80er Jahren die Produktion von Pu238 eingestellt haben und die Produktion nur sehr langsam wieder aufgenommen haben, indem sie alle unsere Raumfahrzeuge Pu238 von den Russen gekauft haben (die jetzt auch ausgegangen sind). Ich weiß nichts über die Nebenprodukte aus den Brutreaktoren, aber Pu238 selbst ist eigentlich nicht so gefährlich in der Handhabung und nur giftig, wenn es eingenommen wird.

Bearbeiten : Ich hatte ursprünglich einige Punkte zur Ineffizienz von RTGs, aber nach weiteren Recherchen, die von @Jeremy veranlasst wurden, stellte ich fest, dass dies kein wirklich gültiger Punkt ist, wenn sie für die Mission des Raumfahrzeugs angemessen verwendet werden. Die von Galileo bei Jupiter verwendeten RTGs erzeugten 300 W Leistung, während die von Juno bei Jupiter verwendeten Solarmodule 450 W Leistung erzeugen werden. Solaranlagen sind auch viel größer und schwerer als RTGs und wirken sich auf das Delta-V-Budget des Raumfahrzeugs aus, eine kostspielige Wechselwirkung. Der Grund, warum Solaranlagen in einigen Raumfahrzeugen verwendet werden, wird in den Punkten beschrieben, die ich unten mache, sodass der Effizienzfaktor nicht wirklich ins Spiel kommt.

Thermoelektrische Radioisotop-Generatoren (RTGs) werden verwendet, wenn sich ein Raumschiff zu weit von der Sonne entfernt, um genug Energie von ihr zu bekommen, oder wenn es längere Dunkelheiten erfährt, während es noch betrieben werden muss. Dies ist der Fall bei den Pioneer-Missionen, Voyager-Missionen, den Cassini-Missionen sowie den wissenschaftlichen Experimenten, die während Apollo auf dem Mond zurückgelassen wurden, und sicherlich noch mehr, an die ich nicht gedacht habe.

RTGs sind gefährlich, insbesondere wenn das Raumschiff während des Starts ausfällt oder ein Vorbeiflug an der Erde schlecht verläuft (dies könnte radioaktives Material über einen Kontinent verbreiten) und erzeugen im Vergleich zu Sonnenkollektoren nicht viel Strom.

Sonnenkollektoren werden für Missionen verwendet, die fast immer eine klare Sicht auf die Sonne haben, wo sie viel mehr Strom erzeugen können als RTGs.

Ein Aspekt ist die Besorgnis darüber, ob das Raumschiff nicht richtig starten und schließlich auf die Erde zurückstürzen würde. In solchen Fällen könnte die nukleare Strahlenbelastung schwerwiegend sein, wenn sie in bewohnten Gebieten abstürzt.

Die Tatsache, wie ich sie sehe:

1. RTGs sind nicht gefährlich zu starten. In einem CATO würden Sie wahrscheinlich Ihr RTG zurückbekommen, wahrscheinlich in funktionsfähigem Zustand.

2. Das radioaktive Material ist nicht so gefährlich, selbst wenn es verloren geht (und verlorenes Mittel vor Cape Canaveral, nicht Los Angeles ... Ich glaube nicht, dass es Starteinrichtungen gibt, die sich Sorgen machen, eine Bevölkerung zu treffen.

3. In Bezug auf die Stromerzeugung für ein großes Raumschiff können wir es NICHT mit einem einzigen Start und Solarenergie schaffen. Cassini hätte 1400 kg Sonnenkollektoren benötigt (wobei Leistung in Umbras verloren geht und noch mehr Masse in unzuverlässigen Batterien erforderlich ist und mehr Wärmeenergie benötigt wird) gegenüber 168 kg für sein RTG. Kein Vergleich.

4. Für zielgebundene bemannte Raumfahrzeuge werden abgeschirmte RTGs aufgrund der kürzeren Reisezeit, die durch mehr Delta V ermöglicht wird, tatsächlich die Strahlenbelastung VERHINDERN. Sie sind aufgrund ihrer extrem geringen Komplexität im Vergleich zu einer einsetzbaren Solaranlage zuverlässiger (ganz zu schweigen von der kontinuierlichen Verfügbarkeit von Strom).

5. PU-238 ist ein starker Alpha-Strahler und emittiert wenig anderes. Alpha-Partikel lassen sich leicht abschirmen, da sie nicht einmal in Ihre Haut eindringen. Typischerweise benötigen pu238 RTGs keine andere Abschirmung als ihr eigenes Funktionsgehäuse, und Sie müssen das Zeug essen, um krank zu werden.

Meine Schlussfolgerungen:

1. Solar wird nicht aus Kosten- oder Zweckmäßigkeitsgründen verwendet, sondern aufgrund von politischem Druck, der durch allgemeine ungebildete Paranoia entsteht.

2. Dieselben Meinungen haben zum Verlust von Brutreaktoren (und damit zum Verlust der PU-238-Produktion) geführt. Unsere Aktionen in diesem Bereich waren wie der Versuch, Teenager vor Pornografie zu schützen, und genauso selbstzerstörerisch.

3. Der Mangel an RTG-Nutzung macht eine ernsthafte Weltraumforschung extrem schwierig.

4. Ein akzeptabler Kompromiss ist die Vereinbarung, dass RTG-Raumfahrzeuge nicht im Orbit verwendet werden oder wieder eintreten dürfen.

Referenzmaterial: http://fti.neep.wisc.edu/neep602/FALL97/LEC22/lecture22.html

Der Fall von weder amerikanischen noch russischen Weltraummissionen

Niemand erwähnte in den Antworten den „spezifischen“ Fall von Weltraummissionen, die weder amerikanisch noch russisch sind (was ab 2017 japanische, europäische oder indische Missionen bedeutet. China wird wahrscheinlich bald (2020?) auf die Liste gesetzt). Diese Weltraumagenturen haben die RTG-Technologie im Wesentlichen nicht entwickelt, auch wenn sie alle mit Nationen verbunden sind, die Kernreaktoren und (mit Ausnahme von Japan und den meisten, aber nicht allen ESA-Mitgliedern) Waffen entwickeln. Zumindest für die ESA ist dieser Mangel an Entwicklung eindeutig politisch, da die konstituierenden Mitgliedstaaten stark divergierende Ansichten über Nukleartechnologien haben und die meisten „Atomstaaten“ wahrscheinlich zögern, ihr Know-how zu teilen.

Eine besonders interessante Mission, die man sich in dieser Debatte zwischen Solar- und Kernenergie im Weltraum ansehen sollte, ist die europäische Rosetta/ Philae - Mission, die solarbetrieben war. Die Ausstattung der Mission mit einem RTG wäre politisch unmöglich gewesen, selbst wenn die ESA Zugang zu dieser Technologie gehabt hätte. Sie entwickelten stattdessen effizientere Solarmodule, wie in den FAQ der Mission erklärt .

Diese Wahl hatte starke Auswirkungen auf die Mission des Philae-Landers: Nach einer „chaotischen“ Landung endete er im Wesentlichen im Schatten einer Klippe auf dem Kometen 67P/Churyumov–Gerasimenko und konnte seine Batterie nicht einfach wieder aufladen, egal wie effizient waren seine Sonnenkollektoren. Dies schränkte seine wissenschaftliche Mission stark ein. Wäre es RTG-betrieben gewesen, wäre der Effekt seiner „seltsamen“ Landung viel weniger wichtig gewesen.

Ein großes Problem bei Kernenergie im Weltraum ist, dass Sie die Wärme irgendwie abführen müssen, was bei RTGs nur durch Abstrahlen der Wärme möglich ist.

Am Ende haben Sie anstelle von Sonnenkollektoren wärmeabstrahlende Paneele mit einer wesentlich geringeren Energieabgabe pro Kilogramm als Sonnenkollektoren, es sei denn, Sie sind sehr weit von der Sonne entfernt. Nur die Raumfahrzeuge, die sich sehr weit von der Sonne entfernen, oder Raumfahrzeuge, die längere Zeit im Schatten operieren müssen, oder einige Lander verwenden RTGs. das gilt für moderne Raumfahrzeuge ebenso wie für alte Raumfahrzeuge. Die Sonde Cassini verwendet RTGs, der Rover Curiosity (gestartet 2011) verwendet RTGs. Die Prämisse der Frage ist einfach falsch.

Die Atomlobby redet gerne darüber, dass jeder ohne Grund Atomkraft fürchtet, und erfindet Dinge wie die, die Ihre Frage aufwirft, ich denke, das ist der Ursprung der Desinformation. Tatsache ist, dass niemand aufgehört hat, Atomkraft im Weltraum zu nutzen. Einige kleinere Nischen (die Kernkraft für den Betrieb im Schatten bei der Erdumkreisung) sind möglicherweise durch verbesserte Sonnenkollektoren, Batterien und kinetische Energiespeicher verloren gegangen; die Ausfallwahrscheinlichkeiten für die Trägerraketen sind genauer bekannt, was möglicherweise auch zu einer Anpassung der Kosten-Nutzen-Rechnungen um den Verlust des Raumfahrzeugs geführt hat.

Da es noch niemand erwähnt hat, werde ich es tun: Apollo 13 trug eine Standard-Wissenschaftsnutzlast, die ein RTG enthielt, das ursprünglich für den Einsatz auf dem Mond gedacht und (ich nehme an) nicht besonders gut abgeschirmt war. Dies bedeutete, dass bei der Entscheidung, wo die Mondlandefähre entsorgt werden sollte, zusätzliche Vorsicht walten musste, sowie zusätzlicher PR-Stress für die NASA, der sicherlich seine Spuren hinterlassen hat. Soweit ich mich erinnere, hat Andrew Chaikin das ganz gut behandelt.

(Wenn jemand anderes die Geschichte besser versteht, bitte melden!)

Einige tun: „ Cassini wird von 32,7 kg Plutonium-238 angetrieben “.

Das tun wir, aber nicht überall. Die typische Anlage ist der thermonukleare Typ, der Plutonium verwendet. um die Art von Energie für die ISS zu schaffen, wäre es ungefähr$500M. the solar array is like$10M. da ist auch die gefahr. Die Sonden, die Pu verwenden, sind unbemannt und ohne Risiko für den Menschen. Wenn die Iss die Umlaufbahn verlieren würden, gäbe es ein großes Durcheinander.