|
Марсиане смогут выжить благодаря солнечной энергии
|
|
|
|
Будущие астронавты смогут выжить на поверхности Марса благодаря генераторам на солнечной энергии, после того как ученые обнаружили, что они более энергоэффективны, чем ядерная энергия. Цель человека ступить на Марс была в центре воображения и научной фантастики на протяжении десятилетий — и, похоже, она станет реальностью в течение 20 лет. Исследовательская группа из Калифорнийского университета в Беркли изучила уровни выработки энергии от различных типов технологий и обнаружила, что экспедиция человека на поверхность была бы наиболее эффективной, если бы она работала за счет сбора солнечной энергии. Это противоречит общепринятому мнению, согласно которому единственным реальным вариантом создания колонии на холодной и бесплодной марсианской поверхности является ядерное оружие. Большие солнечные панели могут генерировать электричество, которое затем можно использовать для расщепления молекул воды для производства водорода, который можно использовать в топливных элементах для получения энергии, а также они могут использовать водород с азотом для производства аммиачных удобрений.
|
|
|
|
Ведущий автор исследования Энтони Абель сказал, что помимо источника питания важно учитывать человеческий фактор в марсианской колонии, в том числе избегать сексизма и расизма. Идея использования нескольких солнечных панелей для обеспечения энергией не нова — это источник для некоторых марсоходов НАСА и предстоящей миссии астероида Психея. Команда, в том числе соавтор, Аарон Берлинер, аспирант биоинженерии, решила раз и навсегда выяснить лучший источник энергии. В расчетах учитывалась масса оборудования, которое необходимо было бы перевезти с Земли на поверхность Марса для миссии с участием шести человек. В частности, они количественно оценили требования ядерной системы к различным фотоэлектрическим и даже фотоэлектрохимическим устройствам. В то время как выход энергии миниатюрного устройства ядерного деления не зависит от местоположения, то есть не имеет значения, где на Марсе оно находится, производительность решений на солнечной энергии зависит от интенсивности солнечного излучения, температуры поверхности и других факторов, которые будут определять, где неядерный форпост был бы оптимально расположен.
|
|
|
Это потребовало моделирования и учета ряда факторов, таких как то, как газы и частицы в атмосфере могут поглощать и рассеивать свет, что повлияет на количество солнечной радиации на поверхности планеты, объяснила команда. Они обнаружили, что фотоэлектрический массив, использующий сжатый водород для хранения энергии, станет идеальным решением для будущей марсианской колонии. На экваторе то, что команда называет «переносимой массой» такой системы, составляет около 8,3 тонны по сравнению с примерно 9,5 тоннами для ядерной энергетики. Солнечная система становится менее прочной ближе к экватору при массе более 22 тонн, но выбивает энергию деления примерно на 50 процентах марсианской поверхности. «Я думаю, хорошо, что результат был разделен почти посередине», — сказал Берлинер. «Ближе к экватору побеждает солнечная энергия; ближе к полюсам ядерная энергия побеждает». Этот тип системы может использовать электричество для расщепления молекул воды, которые, как считается, присутствуют в виде молекул в марсианских породах или в виде льда под землей.
|
|
|
|
После разделения они могут производить водород, который можно хранить в сосудах под давлением и повторно электризовать в топливных элементах для получения энергии, даже когда Солнце не светит. Другие области применения водорода включают его объединение с азотом для производства аммиака для удобрений — обычный процесс в промышленных масштабах, который легко используется на Марсе для выращивания сельскохозяйственных культур в куполах теплиц. Другие технологии, такие как электролиз воды для производства водорода и водородных топливных элементов, менее распространены на Земле, в основном из-за затрат, но потенциально могут изменить правила игры для людей на Марсе. «Хранение энергии на сжатом водороде также попадает в эту категорию», — отметил Абель, аспирант в области химической и биомолекулярной инженерии в Калифорнийском университете в Беркли. «Для хранения энергии в масштабе сети он обычно не используется, хотя, по прогнозам, это изменится в следующем десятилетии», — сказал он, вероятно, из-за перехода на более зеленую энергию.
|
|
|
|
И Абель, и Берлинер являются членами Центра использования биологической инженерии в космосе (CUBES), проекта по разработке биотехнологий для поддержки освоения космоса, в том числе создания микробов для производства пластика из углекислого газа и водорода или фармацевтических препаратов из света и углекислого газа. Для этого нового исследования пара намеревалась установить базовый уровень бюджета электроэнергии и водорода, который потребуется для этих космических приложений. «Теперь, когда у нас есть представление о том, сколько энергии доступно, мы можем начать связывать эту доступность с биотехнологиями в CUBES», — сказал Берлинер. «Надежда в конечном итоге состоит в том, чтобы построить полную модель системы со всеми включенными компонентами, которые, как мы предполагаем, помогут спланировать миссию на Марс, оценить компромиссы, определить риски и разработать стратегии смягчения последствий либо заранее, либо во время миссии. По словам Абеля, помимо науки и техники важно также учитывать человеческий фактор в освоении космоса, особенно оставляя человеческие проблемы на Земле.
|
|
|
|
«Цитируя Чанду Прескод-Вайнштейн, — сказал Абель, — наши проблемы отправляются в космос вместе с нами», добавив, что «когда мы думаем о полете на Марс, мы также должны думать о том, как решать такие проблемы, как расизм, сексизм и колониализм». Илон Маск, генеральный директор и основатель SpaceX, хочет, чтобы к 2050 году на Марсе была самодостаточная колония с полностью функционирующим городом. Для этого потребуются тысячи массовых космических путешествий между Землей и Марсом каждые два года в течение десятилетий.
|
|
Исследования показали, что этот уровень устойчивости потребует, чтобы первые колонисты выжили на веганской диете, и Маск говорит, что это будут суровые и стесненные условия. Результаты были опубликованы в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences.
|
|
|
|
Источник
|
