¿Por qué las naves espaciales modernas no usan energía nuclear?

Todo es cuestión de si lo necesitan. La mayoría de los que se quedan dentro de un par de AU del sol pueden obtener suficiente energía de los paneles solares. Es cuando comienzan a alejarse cuando usan un RTG .

Por ejemplo, New Horizons , que se lanzó en 2006 (que se considera "moderno" cuando solo se lanzan unas pocas sondas al año) irá a Plutón, por lo que no podrá obtener suficiente energía de los paneles solares, y utiliza un RTG.

Como cualquier otra cosa, es una cuestión de riesgo y costo. Si es más barato, o de menor riesgo sin un costo significativamente mayor, optarán por la alternativa.

El verdadero problema con los RTG es que EE. UU. dejó de fabricar Pu238 en los años 80 y ha tardado mucho en volver a iniciar la producción, comprando todas nuestras naves espaciales Pu238 a los rusos (que ahora también se han agotado). No sé acerca de los subproductos de los reactores reproductores, pero el Pu238 en sí mismo no es tan peligroso de manejar y solo es tóxico si se ingiere.

editar : originalmente tenía algunos puntos sobre la ineficiencia de los RTG, pero después de algunas investigaciones más solicitadas por @Jeremy, descubrí que no es realmente un punto válido cuando se usan adecuadamente para la misión de la nave espacial. Los RTG utilizados por Galileo en Júpiter generaron 300 W de potencia, mientras que los paneles solares que utilizará Juno en Júpiter generarán 450 W de potencia. Los paneles solares también son mucho más grandes y pesados ​​que los RTG e impactan el presupuesto delta-V de la nave espacial, una interacción costosa. La razón por la que se utilizan paneles solares en algunas naves espaciales se describe en los puntos que menciono a continuación, por lo que el factor de eficiencia realmente no entra en juego.

Los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) se utilizan cuando una nave espacial se aventura demasiado lejos del sol para obtener suficiente energía, o cuando experimenta períodos prolongados de oscuridad mientras aún necesita operar. Este es el caso de las misiones Pioneer, las misiones Voyager, las misiones Cassini, así como los experimentos científicos que quedaron en la luna durante el Apolo, y seguramente más en los que no he pensado.

Los RTG son peligrosos, especialmente si la nave espacial falla durante el lanzamiento, o si un sobrevuelo de la tierra sale mal (esto podría esparcir material radiactivo por un continente), y no generan mucha energía en comparación con los paneles solares que se encuentran muy cerca del sol.

Los paneles solares se utilizan para misiones que casi siempre tendrán una vista clara del sol, donde pueden generar mucha más energía que los RTG.

Un aspecto es la preocupación por si la nave espacial no se lanzara correctamente y terminara estrellándose contra la Tierra. En tales casos, la contaminación por radiación nuclear podría ser severa si terminara estrellándose en áreas habitadas.

El hecho como yo los veo:

1. Los RTG no son peligrosos para lanzar. En un CATO, es probable que recupere su RTG, probablemente en buen estado de funcionamiento.

2. El material radiactivo no es tan peligroso incluso si se pierde (y se pierde cerca de Cabo Cañaveral, no de Los Ángeles... No creo que haya instalaciones de lanzamiento que se preocupen por golpear a una población.

3. En términos de producción de energía para una gran nave espacial, NO PODEMOS hacerlo con un solo lanzamiento y energía solar. Cassini habría requerido 1400 KG de paneles solares (perdiendo energía en umbras y requiriendo aún más masa en baterías no confiables, además de requerir más energía térmica) frente a 168 kg para su RTG. Sin comparación.

4. Para las naves espaciales tripuladas con destino a destino, los rtg blindados en realidad EVITARÁN la exposición a la radiación debido a la disminución del tiempo de viaje que ofrece más delta V. Son más confiables debido a su complejidad extremadamente baja en comparación con una matriz solar desplegable (sin mencionar la disponibilidad continua de energía).

5. PU-238 es un fuerte emisor Alpha y emite poco más. Las partículas alfa son fáciles de proteger, ya que ni siquiera penetran en la piel. Por lo general, los RTG pu238 no requieren protección aparte de su propio estuche funcional, y tienes que comer esas cosas para enfermarte.

Mis conclusiones:

1. La energía solar no se usa debido a los gastos o la conveniencia, se usa debido a la presión política generada por la paranoia general sin educación.

2. Las mismas opiniones han dado como resultado la pérdida de reactores reproductores (y por lo tanto la pérdida de producción de PU-238). Nuestras acciones en este campo han sido como tratar de proteger a los adolescentes de la pornografía, e igual de contraproducentes.

3. La falta de uso de RTG hace que la exploración espacial seria sea extremadamente difícil.

4. Acordar que las naves espaciales RTG no deben usarse en órbita o que se les permita volver a ingresar es un compromiso aceptable.

Material de referencia: http://fti.neep.wisc.edu/neep602/FALL97/LEC22/lecture22.html

El caso de las misiones de espacio profundo ni estadounidenses ni rusas

Nadie mencionó en las respuestas el caso "específico" de las misiones en el espacio profundo que no son estadounidenses ni rusas (lo que a partir de 2017 significa misiones japonesas, europeas o indias. China probablemente se agregará pronto (¿2020?) a la lista). Estas agencias espaciales esencialmente no han desarrollado la tecnología RTG, incluso si todas están vinculadas con naciones que desarrollan reactores nucleares y (excepto Japón y la mayoría, pero no todos, los miembros de la ESA) armas. Al menos para la ESA, esta falta de desarrollo es claramente política, ya que los estados miembros que la constituyen tienen puntos de vista muy divergentes sobre las tecnologías nucleares, y la mayoría de los “estados nucleares” son probablemente reacios a compartir sus conocimientos.

Una misión específicamente interesante para observar en este debate sobre energía solar versus nuclear en el espacio profundo es la misión europea Rosetta/ Philae , que funcionaba con energía solar. Equipar la misión con un RTG habría sido políticamente imposible, incluso si la ESA tuviera acceso a esta tecnología. En cambio, desarrollaron paneles solares más eficientes, como se explica en las preguntas frecuentes de la misión .

Esta elección tuvo un fuerte efecto en la misión del módulo de aterrizaje Philae: luego de un aterrizaje "caótico", esencialmente terminó a la sombra de un acantilado en el cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko y no pudo recargar fácilmente su batería, sin importar cuánto. eficientes eran sus paneles solares. Esto limitó severamente su misión científica. Si hubiera sido impulsado por RTG, el efecto de su "extraño" aterrizaje habría sido mucho menos importante.

Un gran problema con la energía nuclear en el espacio es que necesitas desechar el calor de alguna manera, lo que para los RTG solo puedes hacer irradiando el calor.

Terminas teniendo paneles que irradian calor en lugar de paneles solares, con una producción de energía por kilogramo sustancialmente menor que los paneles solares, a menos que estés muy lejos del sol. Solo las naves espaciales que van muy lejos del sol, o las naves espaciales que tienen que operar en la sombra durante largos períodos de tiempo, o algunos módulos de aterrizaje, utilizan RTG; eso es cierto tanto para las naves espaciales modernas como para las naves espaciales antiguas. La sonda Cassini usa RTG, el rover Curiosity (lanzado en 2011) usa RTG. La premisa de la pregunta es simplemente falsa.

Al lobby nuclear le encanta hablar de que todo el mundo le teme a la energía nuclear sin ningún motivo, e inventa cosas como la que suscitó su pregunta. Supongo que ahí es donde se originó la desinformación. El hecho es que nadie dejó de utilizar la energía nuclear en el espacio. Algunos nichos menores (la energía nuclear para operar en la sombra cuando orbita la Tierra) pueden haberse perdido debido a la mejora de los paneles solares, las baterías y el almacenamiento de energía cinética; las probabilidades de falla de los lanzadores espaciales se conocen con mayor precisión, lo que también puede haber resultado en un ajuste de los cálculos de costo-beneficio relacionados con la pérdida de la nave espacial.

Como nadie lo ha mencionado todavía, lo haré: el Apolo 13 llevaba una carga útil científica estándar que incluía un RTG originalmente destinado a desplegarse en la luna y (supongo) no particularmente bien protegido. Esto significó que se tuvo que tener un cuidado adicional al decidir dónde desechar el módulo lunar, así como un estrés adicional de relaciones públicas en la NASA que estoy seguro dejó su huella. Según recuerdo, Andrew Chaikin trató esto bastante bien.

(¡Si alguien más tiene una mejor comprensión de la historia, por favor interviene!)

Algunos sí: " Cassini funciona con 32,7 kg de plutonio-238 ".

Lo hacemos, pero no en todas partes. La planta típica es del tipo termonuclear, que utiliza plutonio. para crear el tipo de energía para la ISS se trataría de$500M. the solar array is like$10M. también está el peligro. las sondas que utilizan Pu son no tripuladas y de cero riesgo para las personas. si la iss perdiera la órbita, habría un gran lío.