Для организации постоянного пребывания людей на Марсе требуется надежный источник энергии, которого у текущих марсоходов (солнечных и ядерных) нет. Моделирование показало потенциал ветровой энергии для будущих пилотируемых миссий на Красной планете – ресурса, не использовавшегося до сих пор.
Обеспечение энергетической устойчивости для поверхностных мест жительства, систем жизнеобеспечения и научных приборов – это одно из главных направлений для будущих пилотируемых миссий на Марс. Источники энергии, применяемые в нынешних роботизированных миссиях на Марс, могут быть потенциально опасными поблизости от мест обитания человека (ядерные) или недостаточно стабильными в течение суток или сезона (солнечные). Однако до сих пор энергию ветра не использовали как источник энергии.
Оценка глобальных изменений ветра на всей планете крайне затруднена из-за различий в характеристиках почвы, температуре поверхности, солнечном облучении и прозрачности пыли. Ученые все же используют данные о ветре для изучения климата Марса в настоящем и прошлом. Эти сведения помогут им понять, почему одни пылевые бури становятся глобальными, а другие нет. Изучение ветра и пыли пригодится будущим космическим и человеческим миссиям на Марсе.
Группа исследователей под руководством Виктории Хартвик из Исследовательского центра НАСА имени Эймса в Маунтин-Вью, Калифорния, изучила возможность использования ветряных турбин в качестве альтернативного источника энергии на поверхности Марса. Результаты их работы опубликованы в журнале. .
Пыль — основная проблема
Из-за разреженности марсианской атмосферы с давлением примерно в сто раз ниже земного даже небольшое количество пыли существенно повышает поглощение солнечного света. Это влечет за собой резкие перепады температуры, которые воздействуют на циркуляцию атмосферы и, как следствие, на потенциал получения энергии от солнца.
Вследствие отсутствия океанов и сильной положительной обратной связи между поднятием пыли и мощностью циркуляции на Марсе могут формироваться глобальные пылевые бури. Бури способны перекрыть солнце на несколько недель и вызвать значительные изменения в атмосферных условиях, что делает посадку рискованной. Пыль опасна для оптики, оборудования и потенциально для физиологии человека.
Из-за переменчивых и почти непредсказуемых марсианских ветров ветерный потенциал Марса нельзя полностью описать. В связи с этим команда использует планетарную модель климата Марса, основанную на модели климата Земли. Несмотря на различия между двумя планетами, это обеспечивает прочную основу. Добавили данные из точных карт, составленных миссиями Mars Global Surveyor и Viking.
Модель воспроизводила разную скорость ветра на планете в течение дня, сезонов и лет, потому что бури отличаются с каждым годом. Самое интересное в подобных исследованиях — фундаментальная физика. Она управляет динамикой атмосферы и климата на Земле, Марсе и других планетарных системах, одинаково везде. Так можно построить структуру модели и перенаправить отдельные области, чтобы точно определить особенности климата Марса по сравнению с климатом Земли, Венеры и экзопланет. «.
Предпочтительные места
Исследователи установили, что скорость ветра в некоторых точках предполагаемых посадочных площадок достаточно высока, чтобы стать автономным или дополнительным источником энергии помимо солнечной и ядерной. В результате было выявлено 23 участка, наиболее пригодных для установки ветряных турбин.
Некоторые регионы показывают большой потенциал, но другие, обладающие научным интересом, могут быть проигнорированы из-за ограниченного потенциала солнечной и ветровой энергии.
Ветровые турбины могут стать важным источником энергии на Марсе, особенно ночью и в пыльный сезон. Возможны варианты использования энергии ветра в районах вдоль склонов и на высоких широтах, что делает доступными посадочные площадки возле подземных водных ледяных ресурсов.
Предложенные турбины стабилизируют производство электроэнергии совместно с солнечными батареями, увеличивая время, когда энергия превосходит расчетные потребности миссии примерно с 40% для одних только солнечных батарей до более чем 60-90% на большой части поверхности Марса.
Хартвик отмечает, что исследование является приглашением инженерным сообщества изучить работу ветряной турбины на Марсе. Турбинам предстоит функционировать в особых марсианских условиях и быть транспортабельными, простыми в сборке и обслуживании.
Запись звука марсианской бури.
В этом месяце были опубликованы результаты измерений звуков марсианского пылевого дьявола, проведенных марсоходом НАСА Perseverance с помощью микрофона SuperCam. Пылевой дьявол прошел над Perseverance 27 сентября 2021 года, на 215-й день миссии.
В момент записи звука пылевого дьявола микрофоном SuperCam работали глубинные L-датчики Perseverance (измеряющие ветер, давление, температуру и пыль), а также левая навигационная камера ровера. Это позволило учёным объединить данные о звуке, изображениях и атмосфере. Уникальное сочетание этих данных вместе с моделированием атмосферы дало возможность оценить размеры пылевого дьявола: 25 метров в ширину, не менее 118 метров в высоту и скорость движения около 19 км/ч.
Ветры на Марсе могут оказывать как благоприятное, так и неблагоприятное воздействие на космические аппараты. На снимке, опубликованном в июне 2021 года, видны темные пятна. Их создают струи газа, которые выходят из-под льда, проходят через трещины и выбрасывают пыль. Затем ветер уносит эту пыль полосами и оставляет на поверхности. По этому изображению ученые могут определить направления и силу ветров.
Эти сведения позволят определить перспективные участки для постройки на Марсе баз, предназначенных для долгосрочного проживания людей.