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

Une conception artistique d'une mission habitée vers Mars.

Une conception artistique d’une mission habitée vers Mars.
image: Nasa

Les scientifiques ne savent pas si le solaire ou le nucléaire devrait être la source d’énergie préférée des petites équipes visitant la surface de Mars. De nouvelles recherches suggèrent que les deux options sont bonnes, l’emplacement géographique étant le facteur décisif.

Le des chercheurs Comparaison de deux forces différentes-Génération d’options pour un vol habité vers Mars : cellules solaires et énergie nucléaire à partir de petits réacteurs à fission. Une considération clé était la quantité de poids, ou « masse portante », nécessaire pour construire chaque solution, que les missions vers Mars chercheraient à emballer de la manière la plus efficace possible. Le Résultatspublié aujourd’hui dans Frontiers in Astronomy and Space Science, suggère Les deux options sont viables, mais avec une mise en garde quelque peu importante concernant la géographie.

« La principale découverte était que celui qui ‘gagne’ dépend de son emplacement sur Mars », a expliqué Anthony Abel, chercheur à l’Université de Californie, Département de génie chimique de Berkeley et l’un des auteurs de l’étude, dans un e-mail. « Le résultat global était que plus près de l’équateur, l’énergie solaire était meilleure que le nucléaire, tandis que l’énergie nucléaire était plus proche des pôles près des pôles. »

C’est une bonne information, car elle peut avoir un impact énorme sur le type de puissance-gActivez les appareils que chaque future mission voudra amener sur Mars. La NASA devrait en prendre note, car l’agence spatiale prévoit d’envoyer la première mission habitée sur la planète À la fin des années trente ou au début des années quarante. Cependant, ces résultats sont spécifiques à un équipage de six personnes dans un Une mission de 480 jours à la surface de Mars (les premières missions ne devraient pas durer plus de 30 jours), mais les chercheurs affirment que leurs résultats pourraient parler de missions plus importantes et plus longues, y compris des colonies permanentes. Aaron Berliner du département de génie nucléaire de l’Université de Californie à Berkeley est co-auteur de l’étude.

Les futurs explorateurs auront besoin d’électricité pour soutenir leurs missions terrestres. Cette énergie sera nécessaire pour générer de la chaleur, de l’oxygène et de l’eau potable. Pour alimenter également des activités plus avancées, telles que les lumières LED Pour briller sur les récoltes et les imprimantes 3D pour produire des pièces utiles. Abel et Berliner, en tant que membres du Centre pour l’utilisation du génie biologique dans l’espace (CUBES), ont un intérêt direct dans le sujet, car leurs concepts imaginés s’appuieraient sur le pouvoir continu de l’action, comme l’utilisation de microbes pour produire du plastique. et pharmaceutiques. Abel et Berliner voulaient savoir comment alimenter au mieux les futurs systèmes spatiaux, ce qui a conduit à la nouvelle étude.

« Nous savions que les rovers dans le passé étaient alimentés soit par des cellules solaires, soit par des générateurs d’énergie nucléaire, et que l’énergie solaire et nucléaire a été proposée pour des missions habitées vers Mars », m’a dit Abel. « Les générateurs nucléaires fonctionneront plus ou moins de la même manière où que vous soyez, mais les cellules solaires fonctionneront très différemment car la lumière du soleil est la source d’énergie. »

La cohérence de l’énergie nucléaire et la faiblesse de l’énergie solaire ont conduit certains experts à suggérer que l’énergie nucléaire pourrait être l’option la plus intelligente et la plus fiable. En fait, de nombreux facteurs doivent être pris en compte lorsqu’il s’agit de la production d’énergie solaire sur la planète rouge. Mars, en plus d’être footballPlus loin du soleil que du sol, il fait plus frais, plus poussiéreux et plus sec. Abel et Berliner ont dû tenir compte de ces facteurs, calculer les différences de densité du Soleil, cartographier les températures de surface, analyser la façon dont les gaz et les particules absorbent et diffusent la lumière sur Mars, tout cela Effets Capacité des cellules solaires pour la production d’énergie.

« Nous devions donc modéliser l’atmosphère martienne pour voir la quantité de lumière qui tomberait sur nos cellules solaires, puis modéliser les cellules solaires pour voir la quantité d’énergie qu’elles généreraient », a déclaré Abel. « Le soleil se couche également tous les jours, donc lorsque vous utilisez l’énergie solaire, vous devez savoir comment stocker de l’énergie pour ‘garder les lumières allumées’ la nuit. »

Munie de ces données, l’équipe a ensuite calculé la masse transportée des différentes solutions énergétiques – « la quantité de choses que nous aurions besoin de transporter avec nous de la Terre à 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 a plus de sens près des pôles.

En effet, si le mini-dispositif à fission nucléaire fonctionne de la même manière quel que soit l’emplacement choisi sur Mars, on ne peut pas en dire autant de l’énergie solaire. Le réseau de cellules photovoltaïques qui utilisent de l’hydrogène sous pression pour stocker l’énergie a été calculé pour avoir une masse portable de 8,3 tonnes à l’équateur martien, contre 9,5 tonnes pour l’option nucléaire équivalente. Mais comme l’efficacité solaire diminue avec la distance à l’équateur, nos explorateurs intrépides devront emballer 22 tonnes de matériel pour construire un panneau solaire tout aussi efficace aux pôles de Mars. Et l’avenir estles xplorateurs vont certainement Vous voulez visiter les pôlesoù ces zones sont susceptibles d’être Glace d’eau précieuse.

La principale conclusion de la recherche, a déclaré Abel, est que « le solaire et le nucléaire peuvent fonctionner, mais cela dépend de l’endroit où vous atterrissez, du nombre de personnes qui y vont et de la manière dont l’énergie est stockée ». Fait intéressant, la surface de Mars est divisée à peu près au milieu selon que l’énergie solaire ou nucléaire serait l’option énergétique idéale. En termes de stockage d’énergie, l’équipe a trouvé qu’il était préférable de prendre l’électricité excédentaire et de l’utiliser pour diviser les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène..

« Ces gaz peuvent facilement être stockés dans des réservoirs jusqu’à la tombée de la nuit, Lorsque les panneaux solaires ne produisent pas d’énergie. Ensuite, nous utilisons une pile à combustible pour libérer l’énergie stockée dans ces gaz en électricité et régénérer l’eau « , m’a dit Abel. « Vous avez probablement entendu parler des bus à pile à combustible, qui s’appuient sur la même technologie pour alimenter leurs moteurs. . »

Abel a demandé si ces découvertes pouvaient être reportées sur des missions martiennes d’une durée de plus de 480 jours et impliquant plus de six personnes.

Il a répondu: « Les choses seraient un peu différentes pour les expéditions plus importantes ou pour la colonie. » « Parce que l’habitat va être plus grand, il aura besoin de plus d’énergie, donc votre système de production d’électricité devra également s’agrandir. Pour le solaire, votre système de stockage d’énergie devra également être plus grand, ce qui pourrait nuire un peu au solaire. ”

Cependant, Abel pense que ces résultats pourraient bien se traduire par d’autres types de tâches. Une fois le site d’atterrissage choisi et le nombre de membres d’équipage choisi, les planificateurs de mission peuvent « utiliser nos calculs pour déterminer si l’énergie nucléaire ou solaire serait la meilleure à cet endroit par rapport à la taille de la mission ».

Selon Apple, l’énergie solaire serait la meilleure option pour une mission à Jezero Crater, le site d’atterrissage du rover Persévérance de la NASA, tandis que l’énergie nucléaire serait la meilleure option à Utopia Planitia, où l’atterrisseur Viking 2 a atterri. facile maintenant que nous pouvons prédire la quantité d’énergie que les cellules solaires peuvent générer à un endroit particulier sur Mars. »

À l’avenir, l’équipe déterminera la quantité de nourriture, de médicaments et d’autres ressources dont les équipes au sol martiennes auront besoin, ainsi que le nombre et le type de panneaux solaires qui devraient répondre à ces besoins. elles ou ils Envisagez également de concevoir des plans de tâches qui tiennent compte des journées plus ensoleillées, ou des mois d’été, pendant cette période. Les explorateurs de Mars cLes matériaux doivent être entreposés pour être utilisés pendant l’hiverlorsque l’ensoleillement est moins intense.

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Jacinthe Poulin

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