Vindenergi kan driva mänskliga bostäder på Mars

Vindenergi kan hjälpa till att driva mänskliga uppdrag på Mars, enligt en studie som använde NASAs Ames Mars Global Climate Model för att beräkna den kortsiktiga och säsongsmässiga variationen av vindkraft som skulle genereras av vindkraftverk på den röda planeten. Leds av NASA Victoria Hartwick, föreslår forskargruppen att vinden skulle kunna leverera tillräckligt med energi på egen hand eller användas i samband med sol- eller kärnkraft.

Framgången för ett besättningsuppdrag till Mars skulle bero på många faktorer, inklusive val av plats. Tidigare studier av platsens livskraft har fokuserat på tillgång till fysiska resurser inklusive tillgången på vatten eller skydd och har inte nödvändigtvis tagit hänsyn till energigenereringsförmågan hos potentiella platser. Även om det har gjorts mycket forskning om sol- och kärnenergi som energikällor från Mars, innehåller kärnkraften potentiella mänskliga risker och nuvarande modeller av solsystem saknar energilagringsförmåga för att kompensera för dag/natt (daglig) och säsongsvariationer i produktion. Det är därför klokt att överväga en alternativ källa som vind för stabil energiproduktion.

Mindre kraftfullt, men ändå användbart

Vindkraft är mest effektiv när atmosfären är tjock, men Mars låga atmosfäriska densitet gör att vinden på planeten producerar betydligt mindre kraft än vinden på jorden. Av denna anledning hade Marsvinden inte betraktats som en livskraftig energiresurs. Hartwick och kollegor har ifrågasatt detta antagande och visat att dygns- och säsongsvariationer i solenergi kan kompenseras av vindenergi. Hartwick säger att de "var förvånade över att, trots Mars tunna atmosfär, vindar fortfarande är starka nog att producera kraft över stora delar av Mars yta".

Studien tyder på att vind kan fungera i kombination med andra energiresurser som solenergi för att öka elproduktionen. Detta kan vara särskilt användbart under lokala och globala dammstormar, när solkraften minskar och tillgänglig vindkraft ökar. Vind skulle också vara en användbar resurs på natten och runt vintersolståndet.

Kombinerat system

Teamet tittade på ett hypotetiskt generationssystem som består av solpaneler och en Enercon E33 vindturbin. Det senare är ett medelstort kommersiellt tillgängligt system som har en rotordiameter på 33 m och har en effekt på 330 kW på jorden. Hartwick och kollegor beräknar att turbinen skulle kunna arbeta med en genomsnittlig driftseffekt på cirka 10 kW på Mars

Teamets beräkningar visar att turbinen skulle öka andelen tid som effekten från det kombinerade systemet överstiger 24 kW från 40% (enbart solpaneler) till 60-90% (sol plus vind). Värdet 24 kW är betydande eftersom det anses vara det lägsta effektkravet för att stödja ett uppdrag med sex besättningar.

Även om studien visar att vindgenerering är möjlig, skulle det bara vara användbart om det kunde göras på platser på Mars som är lämpliga för mänsklig bosättning. Tidigare arbete övervägde geologi, resurspotential och tekniska begränsningar för att utvärdera landningsplatser. Med hjälp av dessa kriterier har NASA Human Landing Site Study identifierat 50 potentiella regioner av intresse. Denna studie tog inte hänsyn till regional energitillgänglighet utöver enkla latitud och skuggningsöverväganden för solenergi. Hartwick tror därför att vindkraft kan göra att fler regioner kan komma i fråga för prospektering och bosättning.

Fler möjligheter

"Genom att använda vind i kombination med andra energiresurser," säger Hartwick, "kan det vara möjligt att komma åt vissa regioner på planeten som tidigare avfärdades, till exempel Mars medelbreddgrader och polarområden som är vetenskapligt intressanta och är närmare viktiga isreservoarer under ytan." Dessa platser skulle inte vara lönsamma med solenergi som den dominerande energiresursen.

Hartwick föreslår att stabilitet är den viktigaste faktorn för att driva framtida besättningsuppdrag till Mars – mycket oavbruten kraft måste produceras. Att använda en kombination av vindturbiner och solpaneler kan tillåta uppdrag att lokalisera en stor del av planeten.

Vindkraft kan också revolutionera hur människor får energi på andra håll i solsystemet. Hartwick säger att hon är "särskilt intresserad av att se kraftpotentialen på en måne som Titan, som har en mycket tjock atmosfär men är kall". Ändå finns det fortfarande tvärvetenskapligt arbete att göra – särskilt ur flyg- och ingenjörssynpunkt – för att fastställa operativ effektivitet och teknisk lönsamhet.

Olika turbiner

Medan huvuddelen av forskningen fokuserade på Enercon E33, tittade teamet också på olika storlekar på turbiner, allt från mikroturbiner som används för små enfamiljskraftbehov till industristandard 5 MW (på jorden) turbiner och mer. Användningen av sådana system kan variera från att tillhandahålla energi för ythabitat och livsuppehållande system till att underhålla vetenskaplig utrustning. En annan faktor som måste beaktas är att transportera vindkraftverk och tillhörande material till Mars – en process som skulle behöva minimera massan som skickas genom det interplanetära rymden. Även om denna transport måste inkludera grävutrustning, finns det några förslag på att marsjord skulle kunna användas som ersättning för betongen som används för att förankra turbiner på jorden.

Den långa vägen till Mars

När fler potentiella landningsplatser för mars identifieras kan framtida studier involvera högupplösta simuleringar i syfte att bättre förstå hur specifik topografi och ytförhållanden påverkar vinden. Detta kan förändra möjligheterna för framtida rymdoperationer. Hartwick säger att detta "verkligen är guldstandarden när vi överväger energikraven för ett potentiellt mänskligt uppdrag till Mars."

Forskningen beskrivs i Natur Astronomi.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/wind-energy-could-power-human-habitations-on-mars/