فضا، دست‌کم تا جایی که ما می‌فهمیم، بی‌نهایت است، اما سوخت موشک محدود است. در حالی که هنوز راهی برای جلوگیری از توقف فضاپیماها در سال‌های نوری دور از زمین پیدا نکرده‌ایم، ناسا بهترین جایگزین ممکن را در اختیار دارد یعنی سوخت‌های رادیواکتیو.
از اوایل دهه ۱۹۶۰، ناسا از سیستم‌های قدرت رادیوایزوتوپ (RPS) که در واقع همان باتری‌های هسته‌ای هستند، برای تأمین انرژی ماموریت‌های فضایی خود استفاده می‌کند. این ماموریت‌ها شامل ویجر ۱ و ۲، نیوهورایزنز، کنجکاوی و جدیدترین آن‌ها یعنی پشتکار (Perseverance) می‌شوند. (حتی کوادکوپتر دراگون‌فلای که قرار است دریاچه‌های متان قمر تایتان در سیاره زحل را کاوش کند، به این سیستم‌ها متکی خواهد بود.) رادیوایزوتوپ‌ها اشکال ناپایداری از عناصر هستند که تنها با تجزیه می‌توانند به پایداری برسند و این فروپاشی رادیوایزوتوپ‌هاست که گرمایی تولید می‌کند و باتری را روشن نگه می‌دارد.
با اینکه این فناوری به اندازه کافی پیشرفته به نظر می‌رسد، اما ناسا قصد دارد آن را یک گام بالاتر ببرد. این سازمان فضایی برای دهه‌ها از پلوتونیوم ۲۳۸ به عنوان سوخت استفاده کرده است. نیمه‌عمر این ایزوتوپ (مدتی که طول می‌کشد تا رادیواکتیویته آن به نصف سطح اصلی‌اش کاهش یابد) تقریباً ۸۸ سال است. با این حال، اکنون ایزوتوپ آمریسیم ۲۴۱ برای ماموریت‌های آینده مورد توجه قرار گرفته است. این ایزوتوپ با نیمه‌عمر نزدیک به ۴۳۳ سال، قرن‌ها بیشتر از پلوتونیوم ۲۳۸ دوام می‌آورد و می‌تواند فضاپیماها را به مناطق بسیار دورتر و ناشناخته بفرستد.
استانداردهای ناسا برای سوخت‌های هسته‌ای
رادیوایزوتوپ‌ها باید معیارهای سخت‌گیرانه ناسا را برای تأیید در ماموریت‌ها داشته باشند. اول از همه، فرمی که به خود می‌گیرند باید برای بدن غیرسمی (یا حداقل سمّی) و نامحلول باشد تا به راحتی جذب بدن نشود. به همین دلیل، سوخت معمولاً به شکل سرامیک است، تا به جای تبخیر و استنشاق احتمالی، به قطعات بزرگ تجزیه شود که حتی در صورت بلعیده شدن نیز جذب بدن نمی‌شوند. همچنین، ابزارهای فضاپیما نیز باید در امان بمانند؛ بنابراین هر رادیوایزوتوپی که در باتری استفاده می‌شود باید نیمه‌عمر کافی طولانی داشته باشد، در دماهای بالا پایدار بماند و برای تولید مقدار زیادی گرما، تنها به مقدار کمی از آن نیاز باشد. این ویژگی‌ها به مدارگردها، مریخ‌نوردها و تلسکوپ‌های فضایی اجازه می‌دهد تا برای دهه‌ها به فعالیت خود ادامه دهند.
توسعه و تولید سوخت‌های آینده
تا به امروز، تنها پلوتونیوم ۲۳۸ توانسته از این آزمون‌ها سربلند بیرون بیاید. اما ژانویه گذشته، مرکز تحقیقات گلن ناسا و دانشگاه لستر در بریتانیا با یکدیگر همکاری کرده و توافق کردند تا آمریسیم ۲۴۱ را مورد آزمایش قرار دهند. آن‌ها همچنین به دنبال روشی بهینه برای تولید برق از این سوخت رادیواکتیو هستند. به جای استفاده از یک سیستم مکانیکی قدیمی، یک مبدل استرلینگ پیستون آزاد به پیستون‌ها اجازه می‌دهد در محیط ریزگرانش درون موتور به صورت شناور حرکت کنند. (ناسا سال‌هاست که از آن‌ها استفاده می‌کند). در سال ۲۰۲۰، یکی از این مبدل‌ها در مرکز گلن که با سیستم RPS کار می‌کرد، ۱۴ سال بدون نیاز به تعمیر و نگهداری به کار خود ادامه داد.
«این دستاورد جدید بسیار مهم است»، این را وین وونگ، رئیس بخش تبدیل انرژی حرارتی در مرکز گلن، در یک بیانیه مطبوعاتی گفت. «ماموریت‌های پروازی قبلی مشخص کردند که حداقل نیاز به دوام سیستم‌های RPS، ۱۴ سال است، به‌ویژه برای ماموریت‌های سیارات بیرونی که زمان سفر طولانی دارند.»
تولید پلوتونیوم ۲۳۸ پس از یک وقفه ۳۰ ساله، در سال ۲۰۱۱ از سر گرفته شد. اکنون فرایند تولید آمریسیم ۲۴۱ نیز برای افزایش کارایی و ایمنی، در آزمایشگاه ملی لس‌آلاموس در حال بهبود است. در همین حال، سفینه‌های ویجر همچنان به دور شدن از منظومه شمسی ادامه می‌دهند، در حالی که هنوز توسط سیستم‌های RPS تأمین انرژی می‌شوند و راه را برای ماموریت‌های آینده هموار می‌کنند.
