Satellit umkreist den Mars. cokada/iStock
Mars-Missionen mit Besatzung waren in den letzten Jahren das Stadtgespräch. Aber zuerst, Lehren aus dem Kommenden Artemis-Programm wird unerlässlich sein, um sich auf zukünftige Reisen zum Mars vorzubereiten. Und einer davon wird die Ermittlung der Energiesysteme beinhalten, einschließlich solcher, die auf der Mondoberfläche nicht getestet wurden, wie z. B. Kernenergie, die zukünftige Siedlungen unterstützen würden.
Aber was wäre, wenn wir dir das sagen würden Missionen mit Besatzung auf dem Roten Planeten könnte durch Gewinnung von Sonnenenergie betrieben werden?
Forscher an der University of California, Berkeley, eine Arbeit veröffentlicht im TagebuchGrenzen in Astronomie und Weltraumwissenschaften das argumentiert eine menschliche Expedition zum Mars kann durch Photovoltaik-basierte Energiesysteme anstelle von Kernenergie betrieben werden.
Vergleich verschiedener Optionen
Das Konzept ist nicht ganz neu. Tatsächlich stammt die Hauptstromquelle für einige NASA-Mars-Rover aus einer Solaranlage mit mehreren Paneelen. Diese Rover-Solaranlagen erzeugen etwa 140 Watt Leistung für bis zu vier Stunden pro Sol,ein Marstag.
Aber in den letzten zehn Jahren wurde angenommen, dass Atomkraft wäre eine bessere Option als Solarenergie für bemannte Missionen. Obwohl Solaranlagen im Weltraum erneuerbare Energie geliefert haben, könnten sie an Orten, die niemals Licht bekommen, sinnlos sein. Es wurde auch argumentiert, dass Sonnenkollektoren können Schwierigkeiten haben, ausreichend Licht zu sammeln auf der staubigen Oberfläche des Mars.
In der aktuellen Studie haben die Forscher jedoch die Optionen abgewogen – sie verglichen verschiedene Wege zur Stromerzeugung. Die Berechnungen beobachteten die Menge an Ausrüstungsmasse, die für eine Sechs-Personen-Mission von der Erde zur Marsoberfläche transportiert werden musste. Insbesondere quantifizierten sie die Anforderungen eines nuklearbetriebenen Systems gegenüber verschiedenen photovoltaischen und sogar photoelektrochemischen Geräten.
Photovoltaik-basierte Stromversorgungssysteme, die praktisch sind, um eine bemannte Mission aufrechtzuerhalten
Die Produktivität solarbetriebener Lösungen hängt von der Sonnenintensität, der Oberflächentemperatur und anderen Faktoren ab, die bestimmen würden, wo sich ein nichtnuklearer Außenposten optimal befinden würde. Dabei wurden mehrere Faktoren berücksichtigt, wie z. B. die Absorption und Streuung von Licht in der Atmosphäre, die dieMenge an Sonnenstrahlung auf der Planetenoberfläche.
Ein Photovoltaik-Array, das komprimierten Wasserstoff zur Energiespeicherung verwendet, ging schließlich als Sieger hervor. Die „mitgeführte Masse“ eines solchen Systems beträgt etwa 8,3 Tonnen gegenüber etwa 9,5 Tonnen für Atomkraft am Äquatornäher am Äquator wird das System bei mehr als 22 Tonnen weniger nachhaltig, aber es übertrifft die Spaltenergie auf etwa 50 Prozent der Marsoberfläche.
„Ich finde es schön, dass das Ergebnis ziemlich genau in der Mitte geteilt wurde“, Co-Hauptautor Aaron Berliner, ein Doktorand der Bioingenieurwissenschaften am Arkin Laboratory der UC Berkeley, sagte: „Näher am Äquator gewinnt die Sonne; näher an den Polen gewinnt die Kernkraft.“
Das System verwendet Elektrizität, um Wassermoleküle zu spalten und zu produzierenWasserstoff, der in Druckbehältern gespeichert werden kann und dann in Brennstoffzellen zur Stromversorgung wieder elektrifiziert.
Haben Mars im Kopf
Wasserstoff kann auch mit Stickstoff kombiniert werden, um Ammoniak für Düngemittel herzustellen. Obwohl Technologien wie die Wasserelektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff und Wasserstoffbrennstoff auf der Erde weniger verbreitet sind, können sie die menschliche Besetzung des Mars verändern.
„Komprimierter Wasserstoffspeicher fällt ebenfalls in diese Kategorie“, Co-Erstautor Anthony Abel, ein Doktorand der Chemie- und Biomolekulartechnik an der UC Berkeley, sagte: „Für die Energiespeicherung im Netzmaßstab wird es nicht häufig verwendet, obwohl sich dies voraussichtlich in den nächsten zehn Jahren ändern wird.“
Abel und Berliner sind Mitglieder der Zentrum für die Nutzung biologischer Technik im Weltraum CUBES, ein Projekt zur Entwicklung von Biotechnologien zur Unterstützung der Weltraumforschung.
„Jetzt, da wir eine Vorstellung davon haben, wie viel Strom verfügbar ist, können wir damit beginnen, diese Verfügbarkeit mit den Biotechnologien in CUBES zu verbinden“, sagte Berliner. „Die Hoffnung besteht letztendlich darin, ein vollständiges Modell des Systems mit allen zu erstellendie enthaltenen Komponenten, die unserer Meinung nach helfen, eine Mission zum Mars zu planen, Kompromisse zu bewerten, Risiken zu identifizieren und Minderungsstrategien vor oder während der Mission zu entwickeln.