La energía eólica podría impulsar viviendas humanas en Marte

La energía eólica podría ayudar a impulsar misiones humanas en Marte, según un estudio que utilizó el Modelo Climático Global Ames Mars de la NASA para calcular la variabilidad estacional y a corto plazo de la energía eólica que generarían las turbinas eólicas en el Planeta Rojo. Dirigido por la NASA victoria, el equipo de investigación sugiere que el viento podría suministrar suficiente energía por sí solo o usarse junto con la energía solar o nuclear.

El éxito de una misión tripulada a Marte dependería de muchos factores, incluida la selección del lugar. Los estudios previos de viabilidad del sitio se han centrado en el acceso a los recursos físicos, incluida la disponibilidad de agua o refugio, y no necesariamente han tenido en cuenta las capacidades de generación de energía de las ubicaciones potenciales. Si bien se ha investigado mucho sobre la energía solar y nuclear como fuentes de energía marcianas, la energía nuclear alberga riesgos humanos potenciales y los modelos actuales de sistemas solares carecen de la capacidad de almacenamiento de energía para compensar las variaciones diurnas/nocturnas (diurnas) y estacionales en la generación. Por lo tanto, es prudente considerar una fuente alternativa como el viento para la producción de energía estable.

Menos contundente, pero aún útil.

La energía eólica es más eficiente cuando las atmósferas son densas, pero la baja densidad atmosférica de Marte significa que el viento en el planeta produce una fuerza significativamente menor que el viento en la Tierra. Por esta razón, el viento marciano no había sido considerado como un recurso energético viable. Hartwick y sus colegas han desafiado esta suposición y han demostrado que las fluctuaciones diurnas y estacionales de la energía solar podrían compensarse con la energía eólica. Hartwick dice que "se sorprendieron al descubrir que, a pesar de la delgada atmósfera de Marte, los vientos todavía son lo suficientemente fuertes como para producir energía en grandes porciones de la superficie marciana".

El estudio sugiere que el viento podría funcionar en combinación con otros recursos energéticos como la energía solar para impulsar la generación de energía. Esto podría ser especialmente útil durante las tormentas de polvo locales y globales, cuando la energía solar disminuye y la energía eólica disponible aumenta. El viento también sería un recurso útil durante la noche y alrededor del solsticio de invierno.

Sistema combinado

El equipo analizó un sistema de generación hipotético que consta de paneles solares y una turbina eólica Enercon E33. Este último es un sistema comercialmente disponible de tamaño mediano que tiene un diámetro de rotor de 33 my tiene una potencia nominal de 330 kW en la Tierra. Hartwick y sus colegas calculan que la turbina podría operar a una potencia operativa promedio de aproximadamente 10 kW en Marte.

Los cálculos del equipo muestran que la turbina aumentaría el porcentaje de tiempo en que la energía del sistema combinado supera los 24 kW del 40 % (paneles solares solos) al 60-90 % (solar más eólica). El valor de 24 kW es significativo porque se considera el requisito de potencia mínima para soportar una misión de seis tripulantes.

Si bien el estudio muestra que la generación eólica es posible, solo sería útil si pudiera realizarse en lugares de Marte que sean adecuados para la habitación humana. El trabajo anterior consideró la geología, el potencial de recursos y las limitaciones de ingeniería para evaluar los sitios de aterrizaje. Usando estos criterios, el estudio del sitio de aterrizaje humano de la NASA ha identificado 50 regiones potenciales de interés. Este estudio no consideró la disponibilidad de energía regional más allá de la simple latitud y las consideraciones de sombreado para la energía solar. Hartwick, por lo tanto, cree que la energía eólica podría permitir que se consideren más regiones para la exploración y asentamiento.

Más oportunidades

“Al utilizar el viento en combinación con otros recursos energéticos”, dice Hartwick, “puede ser posible acceder a algunas regiones del planeta que antes se descartaban, por ejemplo, las latitudes medias de Marte y las regiones polares que son científicamente interesantes y están más cerca de importantes reservorios de hielo de agua bajo la superficie”. Estos sitios no serían viables si la energía solar fuera el recurso energético predominante.

Hartwick sugiere que la estabilidad es la consideración más importante para impulsar futuras misiones tripuladas a Marte: se debe producir una gran cantidad de energía ininterrumpida. El uso de una combinación de turbinas eólicas y paneles solares podría permitir que las misiones se ubiquen en una gran parte del planeta.

La energía eólica también podría revolucionar la forma en que los humanos obtienen energía en otras partes del sistema solar. Hartwick dice que está "particularmente interesada en ver el potencial de energía en una luna como Titán, que tiene una atmósfera muy espesa pero es fría". No obstante, aún queda trabajo interdisciplinario por hacer, especialmente desde el punto de vista aeroespacial y de ingeniería, para determinar la eficiencia operativa y la viabilidad técnica.

Diferentes turbinas

Si bien la parte principal de la investigación se centró en Enercon E33, el equipo también analizó diferentes tamaños de turbinas, desde microturbinas utilizadas para pequeñas necesidades de energía unifamiliar hasta turbinas estándar de la industria de 5 MW (en la Tierra), y más. El uso de dichos sistemas podría variar desde el suministro de energía para hábitats de superficie y sistemas de soporte vital hasta el mantenimiento de equipos científicos. Otro factor que debe tenerse en cuenta es el transporte de turbinas eólicas y materiales asociados a Marte, un proceso que tendría que minimizar la masa enviada a través del espacio interplanetario. Si bien este transporte tendría que incluir equipos de excavación, hay algunas sugerencias de que el suelo marciano podría usarse como reemplazo del concreto que se usa para anclar las turbinas en la Tierra.

El largo camino a Marte

A medida que se identifiquen más sitios potenciales de aterrizaje marciano, los estudios futuros podrían incluir simulaciones de alta resolución con el objetivo de comprender mejor cómo la topografía específica y las condiciones de la superficie afectan el viento. Esto podría cambiar las capacidades de futuras operaciones espaciales. Hartwick dice que este "es realmente el estándar de oro cuando consideramos los requisitos de energía para una posible misión humana a Marte".

La investigación se describe en Naturaleza Astronomía.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/wind-energy-could-power-human-habitations-on-mars/