Los científicos están indecisos sobre si la energía solar o nuclear debería ser la fuente de energía preferida para los pequeños equipos que visitan la superficie marciana. Una nueva investigación sugiere que ambas opciones son buenas, siendo la ubicación geográfica el factor determinante.
Los investigadores compararon dos opciones diferentes de generación de energía para un viaje tripulado a Marte: células solares y energía nuclear de pequeños reactores de fisión. Una consideración clave fue la cantidad de peso, o “masa transportable”, requerida para construir cada solución, ya que las misiones a Marte buscarán empacar de la manera más eficiente posible. Los resultados, publicados en Fronteras en Astronomía y Ciencias del Espaciosugieren que ambas opciones son viables, pero con una salvedad bastante importante relacionada con la geografía.
“El resultado principal fue que quién ‘gana’ depende de la ubicación en Marte”, explicó en un correo electrónico a gizmodo Anthony Abel, investigador del Departamento de Ingeniería Química de UC Berkeley y coautor del estudio. “El resultado general fue que más cerca del ecuador, la energía solar era mejor que la nuclear, mientras que más cerca de los polos, la energía nuclear era mejor que la solar”.
Esta es una muy buena información, ya que podría tener una influencia significativa en el tipo de dispositivos de generación de energía que cada futura misión querrá llevar a Marte. La NASA debería tomar nota, ya que la agencia espacial planea enviar la primera misión tripulada al planeta a fines de la década de 2030 o principios de la de 2040. Dicho esto, estos hallazgos son específicos de una tripulación de seis personas en una misión espacial. 480 días a la superficie marciana (las primeras misiones probablemente no durarán más de 30 días), pero los investigadores dicen que sus resultados podrían hablar de una realidad aún más grande. misiones más largas, incluyendo colonias permanentes. Aaron Berliner del Departamento de Ingeniería Nuclear de UC Berkeley es coautor del estudio.
Los futuros exploradores necesitarán electricidad para respaldar sus misiones terrestres. Esta energía será necesaria para generar calor, oxígeno y agua potable limpia, así como para impulsar actividades más avanzadas, como LED para iluminar cultivos e impresoras 3D para producir piezas útiles. Abel y Berliner, como miembros del Centro para la Utilización de Ingeniería Biológica en el Espacio (CUBES), tienen un gran interés en este tema, ya que sus conceptos imaginados dependerán de energía sostenida para funcionar, como el uso de microbios para producir plásticos. y productos farmacéuticos. Abel y Berliner querían saber cómo potenciar mejor sus futuros sistemas de habilitación espacial, lo que condujo al nuevo estudio.
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“Sabíamos que los rovers en el pasado habían sido alimentados por células solares o generadores de energía nuclear, y que tanto la energía solar como la nuclear se habían propuesto para misiones tripuladas a Marte”, dijo Abel. “Los generadores nucleares funcionarán prácticamente igual sin importar dónde se encuentre, pero las células solares funcionarán de manera bastante diferente porque la luz solar es la fuente de energía”.
La consistencia de la energía nuclear y la fragilidad de la energía solar ha llevado a algunos expertos a sugerir que la energía nuclear podría ser la opción más inteligente y confiable. De hecho, hay muchos factores a considerar cuando se trata de generar energía solar en el Planeta Rojo. Marte, además de estar más lejos del Sol que la Tierra, es más frío, polvoriento y seco. Abel y Berliner tuvieron que tener en cuenta estos factores, calcular las variaciones en la intensidad solar, mapear las temperaturas de la superficie y analizar cómo los gases y las partículas absorben y dispersan la luz en Marte, ya que todo esto influye en la capacidad de las células solares para producir energía.
“Así que necesitábamos modelar la atmósfera marciana para calcular cuánta luz caería sobre nuestras células solares y luego modelar las células solares para calcular cuánta energía generarían”, dijo Abel. “El Sol también se pone todos los días, por lo que cuando usa energía solar también necesita descubrir cómo almacenar energía para ‘mantener las luces encendidas’ durante la noche”.
Equipado con estos datos, el equipo calculó la masa transportable de las diferentes soluciones energéticas: la “cantidad de cosas que necesitaríamos llevar con nosotros de la Tierra a Marte”, dijo Abel, y agregó que “menos es mejor”. Esto llevó al equipo a concluir que la energía solar funciona mejor cerca del ecuador, mientras que la energía nuclear tiene más sentido cerca de los polos.
Mientras que un dispositivo de fisión nuclear en miniatura funciona igual independientemente de su ubicación elegida en Marte, no se puede decir lo mismo de la energía solar. Se calculó que una matriz fotovoltaica que utiliza hidrógeno comprimido para el almacenamiento de energía tendría una masa de 8,3 toneladas en el ecuador marciano, en comparación con las 9,5 toneladas de la opción nuclear equivalente. Pero como la eficiencia de la energía solar disminuye con la distancia desde el ecuador, nuestros intrépidos exploradores necesitarían empacar 22 toneladas de material para construir una matriz de energía solar igualmente eficiente en los polos marcianos. Y los futuros exploradores sin duda querrán visitar los polos, ya que es probable que estas regiones tengan hielo de agua valioso.
La principal conclusión de la investigación es que “tanto la energía solar como la nuclear pueden funcionar, pero depende de dónde aterrices, cuánta gente vaya y cómo almacene la energía”, dijo Abel. Curiosamente, la superficie marciana se divide aproximadamente por la mitad en términos de si la energía solar o nuclear sería la opción de energía ideal. En términos de almacenamiento de energía, el equipo descubrió que sería mejor tomar el exceso de electricidad y usarlo para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno.
“Esos gases se pueden almacenar fácilmente en tanques hasta la noche, cuando los paneles solares no están produciendo energía. Luego usamos una celda de combustible para liberar la energía almacenada en esos gases nuevamente en electricidad, regenerando agua”, dijo Abel. “Probablemente hayas oído hablar de los autobuses de pila de combustible, que se basan en la misma tecnología para hacer funcionar sus motores”.
Le pregunté a Abel si estos hallazgos podrían ser transferibles a misiones a Marte que duren más de 480 días y que involucren a más de seis personas.
“Las cosas serán un poco diferentes para misiones más grandes o para una colonia”, respondió. “Debido a que los hábitats serán más grandes, necesitarán más energía, por lo que su sistema de generación de energía también deberá crecer. Para la energía solar, su sistema de almacenamiento de energía también deberá ser más grande, lo que podría poner a la energía solar en desventaja”.
Sin embargo, Abel cree que estos hallazgos podrían traducirse bien en otros tipos de misiones. Una vez que se elige un sitio de aterrizaje y se selecciona el número de miembros de la tripulación, los planificadores de la misión “podrían usar nuestros cálculos para determinar si la energía nuclear o solar será mejor en ese sitio para el tamaño de esa misión”. .
Según Abel, la energía solar sería mejor para una misión al cráter Jezero, el lugar de aterrizaje del rover. perserverancia de la NASA, mientras que la energía nuclear sería la mejor opción en Utopia Planitia, donde aterrizó el rover Viking 2. Estos resultados “podrían cambiar para misiones más grandes, pero rehacer el cálculo para diferentes tamaños de misión es bastante fácil ahora que podemos predecir cuánta energía pueden generar las células solares en un lugar determinado en Marte”, agregó.
De cara al futuro, el equipo trabajará para determinar cuánta comida, medicina y otros recursos necesitarán las tripulaciones de tierra marcianas, y cuántos y qué tipo de paneles solares tendrían para satisfacer esas necesidades. También esperan diseñar planes de misión que tengan en cuenta los días más brillantes o los meses de verano, durante los cuales los rovers marcianos podrían almacenar materiales para usar en el invierno, cuando la luz del sol es menos intensa.
