Iată cum exploratorii Marte pot produce cel mai bine electricitate pe Planeta Roșie

O concepție artistică a unei misiuni cu echipaj pe Marte.

O concepție artistică a unei misiuni cu echipaj pe Marte.
imagine: NASA

Oamenii de știință sunt pe gânduri dacă solarul sau nuclearul ar trebui să fie sursa preferată de energie pentru echipele mici care vizitează suprafața lui Marte. Noile cercetări sugerează că ambele opțiuni sunt bune, locația geografică fiind factorul decisiv.

The cercetători Comparația a două forțe diferite-Generarea de opțiuni pentru un zbor cu echipaj pe Marte: celule solare și energie nucleară de la reactoare de fisiune mici. Un aspect cheie a fost cantitatea de greutate, sau „masă portantă”, necesară pentru a construi fiecare soluție, pe care misiunile pe Marte ar încerca să o împacheteze în cel mai eficient mod posibil. The Rezultatepublicat astăzi în Frontiers in Astronomy and Space Science, sugerează Ambele opțiuni sunt viabile, dar cu o avertizare oarecum importantă în ceea ce privește geografia.

„Descoperirea principală a fost că cine „câștigă” depinde de locația de pe Marte”, a explicat într-un e-mail Anthony Abel, cercetător de la Universitatea din California, Departamentul de Inginerie Chimică din Berkeley și unul dintre autorii studiului. „Rezultatul general a fost că, mai aproape de ecuator, energia solară era mai bună decât cea nucleară, în timp ce energia nucleară era mai aproape de poli de lângă poli”.

Aceasta este o informație bună, deoarece poate avea un impact uriaș asupra tipului de putere-gActivați dispozitivele pe care fiecare misiune viitoare va dori să le aducă pe Marte. NASA ar trebui să ia notă, deoarece agenția spațială intenționează să trimită prima misiune cu echipaj pe planetă La sfârșitul anilor treizeci sau începutul anilor patruzeci. Cu toate acestea, aceste rezultate sunt specifice unui echipaj de șase într-un O misiune de 480 de zile la suprafața lui Marte (este puțin probabil ca primele misiuni să dureze mai mult de 30 de zile), dar cercetătorii spun că rezultatele lor ar putea vorbi despre misiuni mai mari și mai lungi, inclusiv colonii permanente. Aaron Berliner de la Universitatea din California la Departamentul de Inginerie Nucleară din Berkeley este co-autor al studiului.

Viitorii exploratori vor avea nevoie de electricitate pentru a-și susține misiunile terestre. Această energie va fi necesară pentru a genera căldură, oxigen și apă potabilă curată Pentru a alimenta și activități mai avansate, cum ar fi luminile LED Să strălucească pe culturi și imprimante 3D pentru a produce piese utile. Abel și Berliner, în calitate de membri ai Centrului pentru Utilizarea Ingineriei Biologice în Spațiu (CUBES), au un interes personal în acest subiect, deoarece conceptele lor imaginare s-ar baza pe puterea continuă de acțiune, cum ar fi utilizarea microbilor pentru a produce plastic. și produse farmaceutice. Abel și Berliner au vrut să știe cum să furnizeze cel mai bine energie pentru viitoarele sisteme de permitere a spațiului, ceea ce a condus la noul studiu.

„Știam că roverele în trecut erau alimentate fie de celule solare, fie de generatoare de energie nucleară și că atât energia solară, cât și cea nucleară au fost propuse pentru misiuni cu echipaj pe Marte”, mi-a spus Abel. „Generatoarele nucleare vor funcționa mai mult sau mai puțin la fel, indiferent unde vă aflați, dar celulele solare vor funcționa foarte diferit, deoarece lumina soarelui este sursa de energie”.

Consecvența energiei nucleare și slăbiciunea energiei solare i-au determinat pe unii experți să sugereze că energia nucleară ar putea fi opțiunea mai inteligentă și mai fiabilă. De fapt, există mulți factori de luat în considerare atunci când vine vorba de generarea de energie solară pe Planeta Roșie. Marte, pe lângă faptul că este fotbalMai departe de soare decât de pământ, este mai rece, mai prăfuită și mai uscată. Abel și Berliner au trebuit să țină cont de acești factori, să calculeze diferențele de densitate a Soarelui, să cartografieze temperaturile de suprafață, să analizeze modul în care gazele și particulele absorb și împrăștie lumina pe Marte, toate acestea. Efecte Capacitatea celulelor solare pentru producerea de energie.

„Așadar, trebuia să modelăm atmosfera marțiană pentru a vedea câtă lumină va cădea pe celulele noastre solare și apoi să modelăm celulele solare pentru a vedea câtă energie vor genera”, a spus Abel. „De asemenea, soarele apune în fiecare zi, așa că atunci când folosiți energia solară trebuie să știți cum să stocați energia pentru a „ține luminile aprinse” noaptea.”

Echipată cu aceste date, echipa a calculat apoi masa transportată a diferitelor soluții energetice – „cantitatea de lucruri pe care ar trebui să o transportăm cu noi de pe Pământ pe Marte”, a spus Abel, adăugând că „mai puțin este mai bine”. Acest lucru a condus echipa la concluzia că energia solară funcționează cel mai bine în apropierea ecuatorului, în timp ce energia nucleară are mai mult sens în apropierea polilor.

De fapt, în timp ce dispozitivul de fisiune mini-nucleară funcționează în același mod indiferent de locația aleasă pe Marte, nu același lucru se poate spune despre energia solară. Gama de celule fotovoltaice care utilizează hidrogen sub presiune pentru a stoca energie a fost calculată pentru a avea o masă portabilă de 8,3 tone la ecuatorul marțian, comparativ cu 9,5 tone pentru opțiunea nucleară echivalentă. Dar, pe măsură ce eficiența solară scade odată cu distanța până la ecuator, exploratorii noștri îndrăzneți vor trebui să împacheteze 22 de tone de material pentru a construi o matrice solară la fel de eficientă la polii lui Marte. Și viitorul estexplorerii vor face cu siguranță Tu vrei să viziteze poliiunde este probabil să fie aceste zone Prețioasă gheață de apă.

Constatarea cheie a cercetării, a spus Abel, este că „atât solarul, cât și nuclearul pot funcționa, dar depinde de locul în care aterizați, de câți oameni merg și de modul în care este stocată energia”. Interesant este că suprafața lui Marte este împărțită aproximativ la mijloc în ceea ce privește opțiunea ideală de energie solară sau nucleară. În ceea ce privește stocarea energiei, echipa a considerat că este cel mai bine să preia electricitatea în exces și să o folosească pentru a împărți moleculele de apă în hidrogen și oxigen..

„Aceste gaze pot fi depozitate cu ușurință în rezervoare până la căderea nopții, Când panourile solare nu produc energie. Apoi, folosim o celulă de combustie pentru a elibera energia stocată în acele gaze înapoi în electricitate și pentru a regenera apa”, mi-a spus Abel. „Probabil ați auzit de autobuze cu celule de combustibil, care se bazează pe aceeași tehnologie pentru a-și alimenta motoarele. .”

Abel a întrebat dacă aceste descoperiri ar putea fi transferate în misiuni pe Marte care durează mai mult de 480 de zile și care implică mai mult de șase persoane.

El a răspuns: „Lucrurile ar fi puțin diferit pentru expedițiile mai mari sau pentru colonie”. „Deoarece habitatul va fi mai mare, va avea nevoie de mai multă energie, așa că și sistemul dvs. de generare a energiei va trebui să devină mai mare. Pentru solar, sistemul dvs. de stocare a energiei va trebui, de asemenea, să fie mai mare, ceea ce ar putea dăuna puțin solar. ”

Cu toate acestea, Abel crede că aceste constatări s-ar putea traduce bine în alte tipuri de sarcini. Odată ce locul de aterizare a fost ales și numărul de membri ai echipajului ales, planificatorii misiunii pot „utiliza calculele noastre pentru a determina dacă energia nucleară sau solară ar fi cea mai bună în acea locație în raport cu dimensiunea misiunii”.

Potrivit Apple, energia solară ar fi cea mai bună pentru o misiune la Craterul Jezero, locul de aterizare al roverului Perseverance al NASA, în timp ce energia nucleară ar fi cea mai bună opțiune la Utopia Planitia, unde a aterizat landerul Viking 2. Calcularea pentru diferite dimensiuni de misiune este foarte ușor acum că putem prezice câtă energie pot genera celulele solare într-o anumită locație de pe Marte.”

Privind în perspectivă, echipa va determina de câte hrană, medicamente și alte resurse vor avea nevoie echipajele de la sol marțiane și de câte și ce tip de panouri solare ar trebui să susțină aceste nevoi. ei Luați în considerare, de asemenea, să proiectați planuri de sarcini care să ia în considerare zilele mai luminoase sau lunile de vară, în această perioadă. exploratorii Marte cMaterialele trebuie depozitate pentru utilizare în timpul ierniicând lumina soarelui este mai puțin intensă.

READ  Studiu: Produsele chimice utilizate în ambalaje pot juca un rol în decesul a 100.000 de americani anual US News

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.