Wie verhält sich das Startrisiko von Plutonium im Vergleich zum Startrisiko von Treibmitteln?

Für die Exploration des äußeren Sonnensystems sind thermoelektrische Radioisotop-Generatoren ( RTGs ) praktisch das einzig mögliche Energiesubsystem . Dazu gehört Plutonium, das erhebliche Risiken bergen kann (siehe auch diese Frage ). Laut Space Mission Analysis and Design (Larson und Wertz, Third Edition, Eight Printing, 2006), Seite 335:

Wir müssen auch Sicherheitsaspekte berücksichtigen, aber RTG-Quellen sind wahrscheinlich sicherer als die meisten Treibmittel.

Wie wahr ist diese Aussage? Wie verhält sich im Falle eines katastrophalen Startversagens eines Raumfahrzeugs mit mehreren kg Plutonium das Risiko des Plutoniums im Vergleich zu dem Risiko der Treibmittel? Mit Risiko meine ich die Gefahr für die menschliche Gesundheit sowie für die lokale und globale Umwelt.

Bearbeiten : Ich suche nach quantitativen Berechnungen. Die Frage, die ich oben verlinkt habe, enthält Umweltverträglichkeitserklärungen, die die NASA für den Start von Cassini, New Horizons und Mars Science Laboratory abgegeben hat. Diese enthalten Risikokalkulationen: Sie schätzen für bestimmte Katastrophenszenarien die Folgen für die menschliche Gesundheit (latente Krebsrisiken) und die Reinigungskosten ab. Ich würde gerne ähnliche Berechnungen für die Folgen sehen, wenn große Mengen an Treibmitteln oder deren teilweise Verbrennung lokal oder über eine größere Region freigesetzt werden.

Die SMAD von James Wertz ist nach wie vor Stand der Technik und Standardliteratur. Es spiegelt im Wesentlichen aktuelle Gedanken in der Branche wider. Also Risiken ... im Vergleich zu was? Ein Absturz mit einer großen Menge Hydrazin und abgeleiteten Substanzen? Unter der fairen Annahme, dass es im Falle eines wirklich hässlichen Absturzes sowohl mit RTGs als auch mit Hydrazin zu verheerenden Problemen kommen kann, ist die Diskussion über „Zahlen“ etwas seltsam. Wie sollte eine Antwort darauf aussehen?
@ernestopheles Die Umweltverträglichkeitserklärungen der NASA für die Missionen Cassini, New Horizons und MGS und möglicherweise andere enthalten Berechnungen zu Risiken für menschliches Leben (z. B. latente Krebsformen) und Reinigungskosten, falls der Startbereich im Falle eines kontaminiert wird Absturz. Eine mögliche Antwort wäre unabhängige Berechnungen für die Umweltfolgen einer Katastrophe, lokal und global, unter Berücksichtigung der Gesundheit von Mensch und Ökosystem sowie der Kosten für die Sanierung. Ich habe die Frage zur Klarstellung bearbeitet.
Tut mir leid, das sollte MSL sein, nicht MGS.
Afaik, Plutionium soll bei einer Raketenexplosion nicht verdampfen. Es würde als fester Block herabfallen und den betroffenen Bereich stark einschränken. Sucht jemand eine Quelle dafür?
Sie müssten sich die Umweltverträglichkeitserklärungen für die Startsysteme ansehen, auf die in den verlinkten Dokumenten verwiesen wird. Beispielsweise decken im MSL EIS die Referenzen USAF 1998 und USAF 2000 das EELV-Programm im Allgemeinen ab.
Ein RTG ist nur dann gefährlich, wenn sein Containment gebrochen ist. Und das Risiko dafür scheint in jedem erdenklichen Szenario extrem gering zu sein, einschließlich während eines zerstörerischen Hochgeschwindigkeits-Wiedereintritts wie Apollo 13 vor vierzig Jahren. Aufgrund seiner Kleinheit und Nicht-Explosivität ist es einfacher, die Pu-Gefahr zu eliminieren als die Gefahr durch Flüssigbrennstoff.
@LocalFluff Die NASA hat Schätzungen für diese "extrem geringen Risiken" berechnet, die von RTGs ausgehen (siehe Referenzen in dieser Frage ). Ich suche nach vergleichbaren Schätzungen für das Startrisiko von Treibmitteln.
Warum nicht Statistiken über die Schäden (an Gesundheit und Umwelt) verwenden, die Treibmittel verursacht haben, wenn Raketen in der Vergangenheit explodiert sind?
Die Anzahl der Starts mit RTGs könnte zu gering sein, um Risiken in einem rein frequentistischen Ansatz zu vergleichen und aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten.
@Rikki-Tikki-Tavi Richard Muller erklärte in seinem „Physics for Future Presidents“, dass Plutonium nicht atomisiert und in die Atmosphäre freigesetzt werden kann, basierend auf Forschungsergebnissen, die während des Manhattan-Projekts durchgeführt wurden. Natürlich gibt es wahrscheinlich chemische Prozesse, bei denen es zerstäubt werden kann, aber es würde nicht zufällig passieren.

Antworten (2)

Plutonium ist erstaunlich giftig. Aber umgekehrt ist die von einer Mission verbrauchte Pu-Menge ziemlich gering. Und es zerfällt natürlich.

Der Vergleich von zweistelligen Kilogramm schrecklich giftigem Zeug (sagen wir 10 kg) mit Hunderttausenden (wenn nicht Millionen) Kilogramm Treibmittel (sogar Tetrazin, MMDH) lässt es wahr erscheinen.

Wenn man weiß, wie schlimm der Pu ist, ist er außerdem überraschend gepanzert. Die Leute vergessen, dass Apollo 13 das RTG des LM in den tiefsten Teil des Pazifiks abgeworfen hat, und man glaubt, dass das Sicherheitsschiff einen der schnellsten Wiedereintritte in die Erdatmosphäre überlebt hat. (Mir gefällt, dass der erste Fahrer von Top Gear America auf ihrer Strecke Buzz Aldrin war , der „schnellste Mann, den sie finden konnten“ , aber natürlich hat ihn die Apollo 13 ein bisschen geschlagen).

Der Vergleich von zweistelligen Kilogramm schrecklich giftigem Zeug (sagen wir 10 kg) mit Hunderttausenden (wenn nicht Millionen) Kilo Treibmittel (sogar Tetrazine, MMDH) lässt es wahr erscheinen. — Mir ist nicht direkt klar, dass „kleine Menge * extrem schlecht“ schlimmer ist als „große Menge * ziemlich schlecht“. Ich würde gerne eine quantitativere Antwort sehen, Ihre fügt dem Zitat in der Frage nicht viel hinzu.
Das Treibmittel wird so oder so verwendet. Die Verwendung von RTGs reduziert nicht den mitgeführten Treibstoff, sondern erhöht die mitgeführte wissenschaftliche Nutzlast.
@geoffc: In Bezug auf Apollo beziehst du dich auf das RTG innerhalb des ALSEP?
@geoffc Diese Antwort muss verbessert werden. RTGs produzieren Strom. Obwohl man theoretisch einen Ionenmotor antreiben könnte, wird dies nicht getan. RTGs sind also Strom für Wissenschaft und zB Kommunikation. Brennstoff (LOX) kann aber auch für Brennstoffzellen und damit auch für Strom verwendet werden. Aber in Bezug auf wissenschaftliche Robotermissionen, die die Erdumlaufbahn verlassen, werden sie nicht verwendet. Im Gegensatz dazu wurde Solarenergie sowohl für wissenschaftliche Nutzlasten als auch für den Antrieb von Ionenmotoren verwendet. Ich muss zugeben, es ist etwas verwirrend.
@ernestopheles Der Punkt ist, während Pu gefährlich ist. So ist Hydrazin. aber bei Pu sind es höchstens 10 Kilo. Was wirklich nicht viel ist, um einen bestimmten Bereich zu beschädigen. Gegen Hunderttausende, wenn nicht Millionen Pfund Hydrazin. Es geht um das relative Risiko, und die Menge beeinflusst dieses Denken.
@geoffc 10 kg Pu ist viel! Ist Ihnen klar, dass 10 kg die kritische Masse für beide Pu-238.239 ist? RTGs verwenden speziell Pu-238 in Mengen, die typischerweise in Gramm gemessen werden. Die Pu-238-Konzentration in abgebrannten Brennelementen ist zu gering und muss in Hochflussreaktoren hergestellt werden. Die weltweiten Lagerbestände davon sind sehr gering, nachdem die Produktion in den USA vor 30 Jahren eingestellt wurde und Russland seine Produktion eingestellt hat. Der aktuelle Bestand liegt in den USA bei weit unter 40 kg.

Solar ist zumindest bis zum Jupiter machbar; Die NASA verwendet es für die Juno-Mission . Solarmodule sind im Vergleich zu RTGs mit gleicher Leistung schwer.

Spaltreaktoren verschiedener Art sind ebenfalls praktisch, werden aber aufgrund politischer Bedenken (und Verträge) bis heute von keiner Raumfahrtbehörde verwendet. Auch sie sind im Vergleich zu RTGs schwer, aber in den typischen Konfigurationen leichter als Solar. Sie haben auch eine kürzere Lebensdauer, aber eine viel höhere Leistungsabgabe. (Und theoretisch könnte es nach dem Verbrauch ein RTG-Thermoelement-Systemmodul haben, das sie dann in ein RTG verwandelt.) Das Uran ist nicht "sicher", aber selbst nicht giftig, abgesehen von seinen radioaktiven Eigenschaften.

Radiothermische Generatoren (RTGs) haben den Vorteil, dass sie keine beweglichen Teile haben und extrem leicht sind. Es gibt fast keine Ausfallwahrscheinlichkeit, die nicht mit mechanischer Beschädigung einhergeht. Sie halten Jahrzehnte (die Pioneer- und Voyager-Sonden sind alle noch in Betrieb †). Der Nachteil ist, dass das verwendete Plutonium selbst hochgiftig sowie radioaktiv ist. Obwohl es zu Ausfällen gekommen ist, haben die normalen Startprotokolle dazu geführt, dass diese Ausfälle keine signifikanten Auswirkungen auf die Bevölkerung hatten.

Im Vergleich zu Treibmitteln ist die Frage fast irrelevant. Das gesamte verwendete Treibmittel wird so ziemlich unabhängig vom Gewicht der Sondenleistung verwendet. Dies liegt daran, dass (1) die verschiedenen Stufen allgemein verwendbare Designs sind, (2) der normative Designmodus darin besteht, eine Mission für die maximale Nutzlastkapazität der Trägerrakete für die gewünschte Flugbahn zu entwerfen, und (3) der Wunsch besteht, so zu packen so viel Wissenschaft wie möglich an Bord. Daher wirkt sich die Wahl der Stromquelle normalerweise nur darauf aus, welche Instrumente an Bord sind, und nicht darauf, wie viel Kraftstoff verbraucht wird. Die Ausnahme ist, wenn dies dazu führt, dass eine Mission entweder als nicht durchführbar verworfen oder in mehrere Missionen umgewandelt werden muss.

† Pioneer 10 sendete noch 2003; Die Sendeantenne ist eines der leistungsstärkeren Instrumente an Bord, und es gibt nicht genug Strom, um das Radio weiter zu betreiben. Aber es hat immer noch ETWAS Power... über 30 Jahre im Flug und immer noch unter Strom. Gerade nicht genug, um die 57 W zu erreichen, die für den Betrieb des 8-W-Transceivers erforderlich sind. http://science1.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2001/ast03may_1/ und http://www.unmannedspaceflight.com/index.php?showtopic=2362

Ich stimme nicht zu, dass die Frage fast irrelevant ist . Die beiden sind unabhängig, ja, aber eine Risikoanalyse des einen gegenüber dem anderen ist aufschlussreich, weil sie die Dinge relativiert. Wenn wir uns für Solar anstelle von RTG entscheiden, obwohl das Risiko von Treibmitteln viel größer ist, dann handeln wir vielleicht irrational. Ich finde nur, dass SMAD die Sicherheitsfragen schneller behandelt, als es die Toxizität und Radioaktivität von Plutonium rechtfertigt.
@gerrit es ist irrelevant, da die Stromquelle für die Sonde fast nie die Treibstoffladung des Launchers beeinflusst; Der Launcher legt die Designparameter für Sonden fest, nicht umgekehrt. Jedes Designprotokoll, das ich veröffentlicht habe, zeigt, dass die Launcher-Grenzwerte ZUERST ausgewählt werden, dann wird die Sonde passend gebaut. Ich habe es noch nie anders gesehen.
Ich bestreite nicht, dass die beiden mehr oder weniger unabhängige Designparameter sind. Wenn das von A ausgehende Risiko im Vergleich zu dem von B ausgehenden Risiko vernachlässigbar ist, ist es nach der Entscheidung von B sinnlos, A aus Sicherheitsgründen zu ändern.
Wie verhält sich das Startrisiko von Plutonium im Vergleich zum Startrisiko von Treibmitteln?
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