In via ufficiale NASA ha fatto sapere domenica 17 novembre che l’agenzia ha deciso di fermare lo sviluppo di un nuovo, più efficiente e leggero, generatore di energia alimentato a plutonio. La decisione è stata attribuita ai tagli di bilancio e alla diminuita necessità di una fonte nucleare ad alta efficienza considerato il riavvio della produzione di plutonio negli USA.
“Abbiamo più plutonio nel nostro arsenale scientifico rispetto a quanto detto precedentemente, così non abbiamo le stesse necessità,” ha detto John Grunsfeld, capo del direttorato delle missioni scientifiche di NASA.
Jim Green, direttore della divisione delle scienze planetarie di NASA, ha rivelato la decisione di bloccare lo sviluppo dell’unità di volo dell’Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG) in una nota alla comunità scientifica rilasciata venerdì 15 novembre.
L’ASRG sarebbe dovuto essere il nuovo generatore di potenza elettrica installato in tutte quelle missioni indirizzate verso lo spazio profondo che, data la lontananza dal sole, non possono affidarsi a pannelli solari per i loro fabbisogni elettrici. Missioni di questo tipo sono Curiosity, l’ultimo rover inviato dall’agenzia su Marte, la sonda Cassini, lanciata nel 1997 verso Saturno ed attualmente in orbita attorno al pianeta, o New Horizons, lanciata nel 2006 alla volta di Plutone e Caronte.
Foto d’archivio di un pellet di plutonio-238. Credits: Dipartimento dell’Energia degli USA
Gli attuali generatori Radioisotope Thermal Generator (RTG) così come l’ASRG per produrre energia utilizzano il calore prodotto dal decadimento radioattivo di un isotopo del plutonio: il plutonio-238. Questo isotopo, al contrario del plutonio-239 utilizzato nelle armi nucleari a fissione, ha un’emivita piuttosto breve, circa 87 anni, e fornisce sufficiente calore per un periodo di tempo adeguato alla durata di questo tipo di missioni.
La sua produzione può avvenire in diversi modi come per esempio estraendolo dalle scorie e dal combustibile esaurito delle centrali nucleari, cosa che ha deciso di fare ESA, ma il costo di questo processo è piuttosto alto. Altro metodo più economico utilizzato è l’estrazione di nettunio-237 dal combustibile esausto e porlo per un mese all’interno di un reattore.
È proprio questo il metodo utilizzato presso l’Oak Ridge National Laboratory in Tennessee dove il Dipartimento dell’Energia, l’unica istituzione americana autorizzata, ha riavviato la produzione all’inizio di quest’anno dopo aver effettuato diversi studi ed aver affrontato una dura lotta per ottenere i fondi necessari.
Inizialmente le scorte di questo materiale erano cospicue essendo materiale di scarto dalla produzione di plutonio-239 per scopi militari prodotto in grande quantità durante la Guerra Fredda. La produzione di plutonio-238 in USA era stata sospesa nel 1988 e da allora ci si era affidati alle forniture dalla Russia che però ha deciso di interromperle nel 2010.
Già da tempo le scorte americane si stavano assottigliando e, vedendosi costretta a razionare il suo utilizzo, NASA ha avviato lo studio su di un nuovo modello di generatore che sfruttasse in maniera più efficiente il poco materiale a disposizione.
NASA ha detto che il ritmo di produzione del plutonio arriverà a circa 1,5 Kg all’anno (circa 3,3 libbre), fornendo sufficiente materiale da mettere in una missione spaziale per il 2019.
Secondo quanto dichiarato dal Dipartimento dell’Energia, le stime indicano che ogni ASRG genera tra 130 e 140 watt di elettricità con 1 Kg (circa 2,2 libbre) di plutonio-238, mentre gli attuali RTG dovrebbero impiegare una quantità più che quadrupla di materiale per generare la stessa potenza.
NASA ha demandato al Dipartimento dell’Energia la conclusione del lavoro sui modelli di volo degli ASRG, secondo la lettera di Green, e i prototipi di sviluppo dell’ASRG saranno trasferiti presso il Glenn Research Center in Ohio per continuare la ricerca e lo sviluppo.
“L’avanzata tecnologia Stirling era stata selezionata per avvantaggiarsi della sua più alta efficienza rispetto al Multi-Mission Radioisotope Thermal Generator (MMRTG), da quando la fornitura di plutonio-238 era stata limitata fino ad oggi,” scrive Green. “Adesso, con il riavvio della produzione di PU-238 quest’anno, ci aspettiamo di avere un sufficiente apporto di PU-238 per avere la necessaria potenza da radioisotopi nel futuro.”
“Basandoci particolarmente sui costi e sul budget, ma anche sulle necessità, abbiamo preso questa decisione di utilizzare gli MMRTG,” ha detto Grunsfeld domenica. “Necessitano di più plutonio, ma con la nuova fornitura ce l’abbiamo. Allora utilizzeremo il nostro budget limitato per finanziare missioni che funzionino con i MMRTG.”
La Lockeed Martin Corp. Era sotto contratto per lo sviluppo, la fabbricazione e il collaudo dei prototipi di terra e di volo del ASRG. Il convertitore Stirling era in corso di sviluppo da parte della sunpower Inc. dell’Ohio.
Il Dipartimento dell’Energia non ha svelato quanto plutonio ha a disposizione, ma l’Aerospace Industries Association ha affermato che la scorta esistente sarà esaurita dopo un’altra grande missione spaziale di tipo principale che sia alimentata nuclearmente come il nuovo rover marziano in programma.
Infatti NASA pianifica di lanciare una copia del rover marziano Curiosity nel 2020, e il robot sarà presumibilmente alimentato da un MMRTG che avrà a disposizione circa 3,6 Kg (8 libbre) di plutonio.
Gli MMRTG utilizzano termocoppie allo stato solido per convertire l’energia del calore di decadimento del plutonio in elettricità. Diversamente l’ASRG utilizza un motore Stirling altamente efficiente accoppiato ad un alternatore lineare per sfruttare il calore e generare energia elettrica. Però la struttura del generatore Stirling include delle parti in movimento, sollevando il problema che l’alimentatore potrebbe guastarsi e limitare la durata di servizio della sonda.
Per questo NASA intende utilizzare una “missione di validazione di capacità” completando un volo dimostrativo di ASRG con una relativamente poco costosa missione di tipo Discovery prima di utilizzare la nuova tecnologia in una sonda più costosa di tipo principale.
Anche perché ASRG è più leggero ed è ottimizzato per piattaforme più piccole, proprio come le sonde sviluppate nell’ambito di programmi dai costi limitati come i Discovery e New Frontiers della NASA.
Un modello di sviluppo di ASRG. Credits: NASA
“Per le prossime missioni planetarie che richiedano sistemi di alimentazione da radioisotopi, saranno disponibili gli MMRTG che sono già stati testati in volo,” scrive Green. “È importante far notare che MMRTG e ASRG sono progettati per fornire approssimativamente la stessa quantità si elettricità.”
“Come impatto sulle missioni planetarie, significa che bisogna progettare la missione in modo diverso,” Grunsfeld dice. “Potrebbero pesare un po’ di più, potrebbero avere una massa leggermente maggiore, ma per quanto riguarda i livelli di potenza, dovremmo essere capaci, in linea di principio, di supportare praticamente tutte le missioni che avremmo fatto con ASRG.”
NASA ha costruito 2 prototipi per il volo di ASRG utilizzabili nell’ultima selezione Discovery, e 2 delle 3 missioni finaliste proposte dagli scienziati si basavano sulla nuova tecnologia di generazione nucleare per la fornitura elettrica. Ma l’agenzia alla fine ha selezionato il lander marziano InSight, che è alimentato da pannelli solari, per il lancio all’inizio del 2016.
Al momento della selezione di InSight, NASA aveva detto che ASRG sarebbe stato disponibile nuovamente nella successiva selezione Discovery che dovrebbe scegliere un’altra missione planetaria da lanciare non prima del 2020.
Fonte: Spaceflight Now
