Az emberi jelenlét megteremtése a Marson számos kihívással jár, amelyek közül sok egy alapvető követelményhez kapcsolódik: a hatalomhoz. Akár azért oxigén létrehozása, roverek vezetésével, hő- és fényellátással vagy kommunikációval, a jövőbeni Mars lakóinak folyamatos áramellátásra lesz szükségük, hogy biztonságban maradjanak és a küldetés működjön.
Tartalom
- Atomreaktorok az űrben
- Az atomenergia biztonsága
- Energia a napból
- A napfény a Marson
- A megfelelő energiaforrás kiválasztása a küldetéshez
A Marson azonban nincs elektromos hálózat, és a jelenlegi megoldások csak idáig vihetnek bennünket. Tehát hogyan fog kinézni az első bolygón kívüli erőmű? Felvettük a kapcsolatot két emberrel, akik két különböző ügynökségnél dolgoznak az űrenergia-rendszerek élvonalában, hogy megtudjuk.
Ajánlott videók
Ez a cikk része Élet a Marson - egy 10 részes sorozat, amely azt a legmodernebb tudományt és technológiát tárja fel, amely lehetővé teszi az emberek számára, hogy elfoglalják a Marsot
Atomreaktorok az űrben
A NASA jövőbeli energiatermelési tervei között szerepelnek az atommaghasadási rendszerek, amelyekben az uránatomokat egy reaktorban hasítják fel hőtermelés céljából. Azokhoz a radioizotóp-rendszerekhez (RTG-ekhez) képest, amelyeket a Perseverance-hoz hasonló motoros roverek használnak, a hasadási rendszerek képesek több energiát termelnek miközben továbbra is kis méretben marad.
2018 márciusában az ügynökség Kilopower projektje egy 1 kilowatt teljesítmény előállítására képes hasadási kísérletet mutatott be, amely a jövőbeni űrreaktorok alapjául szolgálhat. A Stirling-technológiát használó Kilopower Reactor után KRUSTY-nak becézett kísérletet egy urán-235 mag hajtotta. A NASA leírta "mintegy akkora, mint egy papírtörlő tekercs". Ez hőt termelt, amelyet aztán egy Stirling-motornak nevezett mechanizmuson keresztül elektromossággá alakítottak.
Egy jövőbeli hasadásos felszíni energiarendszer kicsi és könnyű lesz, és legalább 10 évig működhet. Ez ideálissá teszi a koncepciót a jövőbeni Holdra és végül a Marsra irányuló küldetésekhez.
Tavaly a NASA az Energiaügyi Minisztériummal együtt ötleteket kért az ipartól egy 10 kilowattos rendszerre. Négy-öt ilyen egység képes egy marsi élőhelyet meghajtani mindennel együtt – például oxigéntermelést rakétákhoz. hajtóanyag, valamint három-négy űrhajós szükségleteinek kielégítése, ami a becslések szerint összesen kb. 40 kilowatt.
Dionne Hernandez-Lugo volt a Kilopower projektmenedzsere, jelenleg pedig a NASA hasadási felszíni energiájának projektmenedzsere-helyettese. holdtechnológiai bemutatón, és azt mondta a Digital Trendsnek, hogy a következő időszakban szándékoznak tesztelni az első egységet a Holdon. évtized.
"Az ötlet az, hogy az Artemis program részeként először a Holdon demonstrálják a rendszert" - mondta. „A projektünk egy 10 kilowattos rendszer kifejlesztését és az első bemutatót a Holdon tervezi. Ez segítene megértenünk a rendszert.” Ezt követően a szükséges tervezési módosítások elvégezhetők, és a későbbi Mars-küldetések során felhasználható.
A Holdon végzett első teszt célja az, hogy az erőegység a Holdon belül maradjon. Ha az egységet a leszállóban hagyjuk, az „a rendszer könnyebb működését segíti elő, nem pedig az eltávolítást lehetővé tévő extra tömeget” – magyarázta. Ezen dolgozik a csapata. De remélik, hogy az ipartól is találnak ötleteket arra vonatkozóan, hogyan működhetne egy cserélhető rendszer is. „Jelenleg a csoportunkon belül az az elképzelés, hogy a rendszert a leszállóegységen belül hagyjuk” – mondta. "De sok újítás létezik, és jelenleg ezeket az innovációkat keressük az ipartól, hogy más lehetőségeket lássunk."
Egy belső NASA-tanulmány becslése szerint minden 10 kilowattos egység körülbelül hat méter magas és több mint két méter széles, bár a pontos részletek a végső tervezéstől függenek. A NASA által készített koncepcióképen (fent) négy ilyen egység látható egymáshoz kapcsolva a Mars felszínén, hogy biztosítsák az ottani bázis energiaellátását, így elképzelhető, hogyan nézhet ki egy marsi erőmű.
Az atomenergia biztonsága
Az egyik tényező, amellyel az emberek általában foglalkoznak a nukleáris energia földi felhasználásával kapcsolatban, a biztonság, és ez vonatkozik az űrmissziókra is. Az atomreaktorokban használt radioaktív elemek, például a Kilopower demonstrációban használt urán, olyan sugárzást bocsátanak ki, amely veszélyes az emberre, és amely problémákat okozhat a közeli elektronikában is felszerelés.
Az emberek és az elektronika biztonságának megőrzése érdekében a hasadó energiarendszereket vastag fémárnyékolás veszi körül, amely tartalmazza a sugárzást. A Mars-küldetés minden új energiarendszerét kiterjedt tesztelésnek vetik alá a Földön, hogy megbizonyosodjanak arról extrém körülmények között is biztonságos volt, mint például működési tesztelés, vákuumteszt és vibráció tesztelés.
Hernandez-Lugo rámutatott, hogy a NASA már több mint 20 küldetést indított a múltban, amelyek különböző típusú nukleáris energiarendszerek, „tehát a NASA szakértelemmel és háttérrel rendelkezik a nukleáris energiarendszerek Holdra történő kilövésében és Mars."
Aggodalomra ad okot az erősen dúsított urán energiarendszerekben való felhasználása is, amit a Kilopower demonstráció is használt. Ebből az anyagból nukleáris fegyvereket is lehet készíteni, így néhány politikai vezető aggódik hogy űrprojektekben való felhasználása ösztönözheti elterjedését a Földön.
Ezen aggodalmak megoldására a jövőbeli felszíni hasadási rendszerek alacsony dúsítású uránt használhatnának helyette, amelyet általában a Föld erőreaktoraiban használnak, és amely nem fegyverminőségű. „Az alacsony dúsítású urántartalmú konstrukciók nagyon vonzóak a csökkentett szabályozás és megfelelnek a legutóbbi nemzeti űrnukleáris politikai irányelveknek” – írta Hernandez-Lugo a nyomon követésben email. "A nagymértékben dúsított urán felhasználása továbbra is lehetséges, ha a küldetésre nagy szükség van."
A legújabb űrpolitikai irányelv, amelyet a Fehér Ház adott ki tavaly decemberben, csak a nagymértékben dúsított urán használatát teszi lehetővé ha azt a különböző kormányzati szervek jóváhagyják, és kimutatható, hogy ez az egyetlen módja annak, hogy a küldetés.
Energia a napból
Az atomenergia azonban nem az egyetlen lehetőség az energiatermelésre: Az űrmissziókban jelenleg használt egyik leggyakoribb energiaforrás a napenergia. Az Európai Űrügynökség (ESA) gyakorlatilag minden küldetésében napenergiát használ, és a következő Mars-járó, a Rosalind Franklin is napenergiával működik majd.
„Az űrben a hatékonyság még fontosabb, mint a földön, és folyamatosan azon dolgozunk, ami technikailag lehetséges.”
Leopold Summerer, az ESA Advanced Concepts Team vezetője, amely az űrmissziókhoz új technológiákat kutató kutatóknak nyilatkozott. Digital Trends egy e-mailben arról, hogy a napenergia előnye az atomenergiával szemben, mivel nincs szükség további biztonságra intézkedéseket. Arra is rámutatott, hogy a napenergia-technológia kiterjedt alkalmazása a Földön folyamatos fejlesztéseket jelent, amelyek az űrben is alkalmazhatók Küldetés: "A napenergia egy gyorsan fejlődő technológia, amely egyszerű használatot, hozzáférést és magas érettséget kínál amellett, hogy teljesen megújul" mondott.
Ez a gyors fejlődés azt jelenti, hogy a mérnökök olyan paneleket terveznek, amelyekből még több áramot tudnak termelni ugyanannyi napfényt, és Summerer arra számít, hogy a jövő napelemes rendszerei továbbra is többre jutnak hatékony.
„Az űrben a hatékonyság még fontosabb, mint a földön, és folyamatosan azon dolgozunk, ami technikailag lehetséges” – mondta Summerer. A napelemek hatékonyságának és tömegének viszonylag kis mértékű növekedése nagy változást hozhat a napelemes rendszerek összköltségében, különösen a kisebb járművek, például a műholdak esetében.
De mint minden technológia, a napenergia felhasználásának is vannak korlátai. "Megvan az a hátránya, hogy egy külső forrástól, a naptól függ, és az ezzel járó összes hátránya" - mondta Summerer. Sok esetben a napenergia csak szakaszos. A nappali és éjszakai ciklusú bolygókon az akkumulátorok felhasználhatók a felesleges energia tárolására a nap folyamán, és folyamatosan táplálhatók éjszaka. Ez azonban egy újabb terjedelmes elemet ad az energiarendszerhez, valamint egy további összetettségi réteget.
Ennek a problémának az egyik futurisztikus megoldása a fejlesztés keringő naperőművek, amely a felszínen lévő napelemekkel párhuzamosan működhet, hogy összegyűjtse a nap energiáját, és vezeték nélkül lesugározza a felszínre. Az ESA jelenleg fogalmak keresése hogy ez az ötlet valóra váljon.
A napfény a Marson
Ha azonban konkrétan a Marsról van szó, akkor van néhány kihívás a napenergia használatában. Mivel távolabb van a Naptól, mint a Föld, kevesebb napfény éri el a bolygó felszínét. Ez azt jelenti, hogy a Marson a felfedezők körülbelül a feléhez hozzáférhetnek a napsugárzásnak, mint a Földön.
Ez nem azt jelenti, hogy a napenergia használata lehetetlen a Marson, csak azt, hogy a küldetéseknek nagyon óvatosnak kell lenniük az energiafelhasználásukkal. A NASA előző generációs Mars-járói, a Spirit és az Opportunity napenergiát használtak, és a jelenlegi keringők, mint a Mars Express és a Mars Orbiter Mission is napenergiával működnek.
Van azonban egy másik probléma is a Marson: Homok viharok. A Mars egy összetett időjárási rendszerrel rendelkezik, amely időnként hatalmas globális porviharokat eredményez, amelyek átmenetileg elzárják a levegőt a napfény nagy részét, és gyakorlatilag mindent porréteg borít a bolygón – beleértve a napenergiát is panelek. Ez az oka annak, hogy a hihetetlenül hosszú életű Opportunity rover végül elsötétült, amikor 2018-ban hatalmas porvihar gördült végig a bolygón.
Summerer úgy gondolja, hogy a felszíni és orbitális naperőművek kombinálásával valószínűleg elegendő energiát lehetne előállítani egy emberi élőhely számára. De azt is elismerte, hogy értékes a napenergia más energiaforrásokkal, például atomenergiával való kombinálása. „A felszínen és végül a pályáról kiegészített napenergia elegendő energiát biztosíthat az emberi élőhelyek számára a Marson, de amint azt a legújabb roverek bebizonyították, mint a most landolt Kitartás, olykor a kis atomerőművek olyan nagy versenyelőnyt biztosítanak, hogy elvárom, hogy ezek is szerepet kapjanak. írt.
A megfelelő energiaforrás kiválasztása a küldetéshez
Hernandez-Lugo egyetértett abban, hogy a Mars-küldetés mindenféle energiarendszerében potenciális érték rejlik, beleértve a napenergiát, az akkumulátorokat és az atomenergiát. „Az energiarendszer az adott küldetéstől függ” – mondta. A NASA Glenn Kutatóközpontja, ahol dolgozik, a NASA energiafejlesztési központja, és széles körben végez kutatásokat különféle energiaellátási lehetőségek, beleértve az akkumulátorokat, napelemeket, rádióizotóp-rendszereket, hasadási energiarendszereket és regeneratív üzemanyagot sejteket. A kulcs az, hogy a rendelkezésre álló erőforrások alapján a megfelelő energiaforrást válasszuk ki a küldetés igényeinek megfelelően.
A nukleáris rendszernek határozott előnyei vannak az emberi lakhatási feladatokhoz. Először is, amikor a NASA-hoz hasonlóan a Holdon és a Marson egyaránt használható energiaellátó rendszert akarunk megtervezni, akkor meg kell küzdenünk a hold kéthetes sötétségével.
"Amikor elkezdesz azon gondolkodni, hogyan tervezhetsz olyan küldetés-architektúrát, amely lehetővé teszi az állandó áramellátást, akkor jön szóba az atomenergia" - mondta. "Mert szüksége van egy megbízható rendszerre, amely folyamatos áramellátást biztosít az éjszakai műveletek során."
A Mars számára is fontos a folyamatos energiatermelés, különösen az ott élő űrhajósok biztonsága érdekében. Mindenképpen olyan energiarendszert szeretne, amely bármilyen időjárási körülmények között, még poros rendszer esetén is működni fog, és ezt az atomenergia biztosítja.
Hernandez-Lugo arra is rámutatott, hogy a NASA jelenlegi Mars-küldetései, mint a Mars 2020, a két napenergia kombinációját használják. teljesítmény az Ingenuity helikopterhez és nukleáris energia a Perseverance roverhez, hogy megfeleljen a különleges szükségleteknek küldetés.
„Jelenleg az ügynökségen belül az összes különböző energiarendszer fejlesztését vizsgálják, hogy elérhetővé tegyék azokat olyan küldetéseken, mint a Hold és a Mars” – mondta. "Tehát minden elektromos rendszernek van helye."
Ez a cikk része Élet a Marson - egy 10 részes sorozat, amely azt a legmodernebb tudományt és technológiát tárja fel, amely lehetővé teszi az emberek számára, hogy elfoglalják a Marsot
Szerkesztői ajánlások
- Kozmológiai ingázás: Az emberek Marsra helyezésének trükkös logisztikája
- A meghajtás tökéletesítése: Hogyan juttatjuk el az embereket a Marsra
- Homokból készült kastélyok: Hogyan készítsünk élőhelyeket marsi talajból
- Hidratáció begyűjtése: Hogyan teremtenek és gyűjtenek vizet a leendő telepesek a Marson
- Asztromezőgazdaság: Hogyan termesztünk majd növényeket a Marson
