Découvrez comment les explorateurs de Mars peuvent produire au mieux de l’électricité sur la planète rouge

Un concept artistique avec une équipe de la mission de Mars.

Un concept artistique avec une équipe de la mission de Mars.
Image: Nasa

Les scientifiques du jardin se demandent si l’énergie solaire ou nucléaire devrait être la source d’énergie préférée des petites équipes visitant la surface de Mars. De nouvelles recherches montrent que les deux options sont bonnes, la situation géographique étant le facteur déterminant.

Le des chercheurs comparer deux puissances différentescréant des opportunités pour les voyages d’équipage vers Mars : panneaux solaires et énergie nucléaire à partir de petits réacteurs à fission. La principale considération était le poids ou le poids portable nécessaire pour construire chaque solution, car les missions sur Mars essaient d’emballer aussi efficacement que possible. Le résultatspublié aujourd’hui dans Frontiers in Astronomy and Space Sciences les deux options sont viables, mais avec un avertissement géographique assez important.

“Le résultat principal était ce qui gagnait, en fonction de l’emplacement sur Mars”, a expliqué Anthony Abel, chercheur au département de génie chimique de l’UC Berkeley et co-auteur de l’étude. “Le résultat global était que le soleil plus proche de l’équateur était meilleur que l’énergie nucléaire, tandis que l’énergie plus proche des pôles était meilleure que l’énergie solaire.”

C’est une bonne information car elle peut affecter de manière significative le type de puissance-gcréer l’équipement que chaque future mission veut amener sur Mars. La NASA devrait prendre note que l’agence spatiale prévoit d’envoyer une mission en premier équipage sur la planète À la fin des années 2030 ou au début des années 2040. Cependant, ces résultats sont spécifiques à l’équipe de six membres a La mission de 480 jours à la surface de Mars (les premières missions ne devraient pas durer plus de 30 jours), mais les scientifiques disent que leurs résultats pourraient parler de missions encore plus grandes et plus longues, y compris des colonies permanentes. Aaron Berliner du département de génie nucléaire de l’UC Berkeley est co-auteur de l’étude.

Les futurs explorateurs auront besoin d’électricité pour soutenir leurs missions au sol. Cette capacité est nécessaire pour produire de la chaleur, de l’oxygène et de l’eau potable pour alimenter également des activités plus complexes telles que les LED briller sur la récolte et les imprimantes 3D pour chasser les pièces utiles. Abel et Berliner, membres du Centre pour l’utilisation de la biotechnologie spatiale (CUBES), s’intéressent sérieusement à ce sujet, car leurs concepts inventés dépendent d’une main-d’œuvre stable, comme l’utilisation de microbes pour produire des plastiques. et pharmaceutiques. Abel et Berliner voulaient savoir comment alimenter au mieux leurs futurs systèmes spatiaux, ce qui a conduit à une nouvelle étude.

“Nous savions que dans le passé, les hélices étaient utilisées avec des panneaux solaires ou des générateurs d’énergie nucléaire, et que l’équipage se voyait proposer à la fois de l’énergie solaire et nucléaire pour des missions sur Mars”, a déclaré Abel. “Les générateurs nucléaires fonctionnent plus ou moins de la même manière, peu importe où vous vous trouvez, mais les panneaux solaires fonctionnent assez différemment car la lumière du soleil est une source d’énergie.”

La continuité de l’énergie nucléaire et la faiblesse de l’énergie solaire ont conduit certains experts à penser que l’énergie nucléaire pourrait être une option plus intelligente et plus fiable. En effet, de nombreux facteurs doivent être pris en compte lors de la production d’énergie solaire sur la planète rouge. Mars, en plus d’être un faPlus éloignée du soleil que la Terre, elle est plus froide, plus poussiéreuse et plus sèche. Abel et Berliner ont dû tenir compte de ces facteurs lors du calcul des fluctuations de l’intensité solaire, de la cartographie des températures de surface et de l’analyse de la manière dont les gaz et les particules absorbent et diffusent la lumière sur Mars. effets la capacité des panneaux solaires produire de la force.

“Nous avons donc dû modéliser l’atmosphère sur Mars pour savoir combien de lumière tombe sur nos panneaux solaires, puis modéliser les panneaux solaires pour savoir combien d’énergie ils produisent”, a déclaré Abel. “Le soleil se couche tous les jours, donc lorsque vous utilisez l’énergie solaire, vous devez trouver un moyen d’économiser de l’énergie pour garder la lumière allumée la nuit.”

L’équipe, alors équipée de ces données, a ensuite calculé le poids portable des différentes solutions énergétiques – “la quantité de choses que nous devrions apporter sur Terre depuis Mars”, a déclaré Abel, ajoutant que “moins c’est mieux”. Cela a conduit l’équipe à conclure que l’énergie solaire fonctionne mieux près de l’équateur, tandis que l’énergie nucléaire est plus raisonnable près des pôles.

En effet, si l’installation miniature de fission nucléaire fonctionne de la même manière quel que soit l’emplacement choisi sur Mars, il n’en va pas de même pour l’énergie solaire. La masse portable du générateur photovoltaïque, qui utilise de l’hydrogène comprimé pour stocker l’énergie, a été calculée à 8,3 tonnes sur l’équateur de Mars, contre 9,5 tonnes pour la variante nucléaire équivalente. Cependant, comme l’efficacité de l’énergie solaire diminue à mesure que l’on s’éloigne de l’équateur, nos timides chercheurs devraient emballer 22 tonnes de matériel pour construire un réseau d’énergie solaire tout aussi efficace aux pôles de Mars. Et le futur explorers à coup sûr vouloir visiter les pôlescomme c’est probablement le cas dans ces régions glace d’eau précieuse.

La principale conclusion de l’étude est que “l’énergie solaire et l’énergie nucléaire peuvent fonctionner, mais cela dépend de l’endroit où vous atterrissez, du nombre de personnes qui y vont et de la manière dont vous économisez de l’énergie”, a déclaré Abel. Fait intéressant, la surface de Mars est à peu près au milieu, si l’on considère si l’énergie solaire ou nucléaire serait une option énergétique idéale. En termes de stockage d’énergie, l’équipe a découvert qu’il serait préférable de prendre l’excès d’électricité et de l’utiliser pour décomposer les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène..

“Ces gaz peuvent facilement être stockés dans des réservoirs jusqu’au soir, si les panneaux solaires ne produisent pas d’énergie. Nous utilisons ensuite une pile à combustible pour restituer l’énergie stockée dans ces gaz en électricité, en restaurant l’eau “, a déclaré Abel.” Vous avez probablement entendu parler de bus à pile à combustible utilisant la même technologie pour alimenter leurs moteurs. “

J’ai demandé à Abel si ces découvertes pouvaient être transférées à des missions sur Mars qui durent plus de 480 jours et impliquent plus de six personnes.

“Les choses sont un peu différentes pour les grandes missions ou une colonie,” répondit-il. “Parce que les habitats sont plus grands, ils ont besoin de plus d’énergie, donc votre système de production d’électricité doit s’agrandir. Dans le cas de l’énergie solaire, votre système de stockage d’énergie doit également être plus grand, ce qui peut désavantager légèrement l’énergie solaire.

Néanmoins, Abel pense que ces découvertes peuvent être bien transposées dans d’autres types de missions. Une fois le site d’atterrissage sélectionné et le nombre de membres d’équipage sélectionnés, les planificateurs de mission pourraient utiliser nos calculs pour déterminer si l’énergie nucléaire ou solaire à cet endroit est meilleure pour la mission.

Selon Abel, l’énergie solaire serait préférable lors d’une mission dans le cratère de Jezero, le site d’atterrissage de Perseverance de la NASA, tandis que l’énergie nucléaire serait le meilleur choix à Utopia Planitia, où Viking 2 a atterri. Ces résultats “peuvent changer pour des missions plus importantes, mais reconcevoir les calculs pour différentes tailles de mission est maintenant assez simple, car nous pouvons prédire la quantité d’énergie que les panneaux solaires seront capables de générer à un endroit spécifique sur Mars”, a-t-il ajouté.

En regardant vers l’avenir, l’équipe s’efforcera de déterminer la quantité de nourriture, de médicaments et d’autres ressources dont les équipes au sol de Mars ont besoin, ainsi que la quantité et le type de panneaux solaires dont elles ont besoin pour répondre à ces besoins. Ils sont espérant également établir des plans de mission qui tiennent compte des beaux jours ou des mois d’été au cours desquels Les explorateurs de Mars cstocker les matériaux pour l’hiverlorsque la lumière du soleil est moins intense.

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