Навярно вече всички знаят за плановете на SpaceX да изпрати хора на Марс и в близко бъдеще да изгради човешка колония на червената планета. Звучи фантастично нали? Но що се отнася до Марс, има един сериозен проблем, за който не се говори много. Това не е токсичната почва, не е смъртоносната радиация и не са разредената атмосфера, слабата гравитация и нищожното количество вода. Дори и да решим тези проблеми, Марс едва ли ще се превърне в нашия втори уютен дом. Причината е, че там няма енергия.

За да се поддържа една човешка колония, особено на толкова негостоприемна планета, каквато е Марс, е необходима много енергия. В сравнение със Земята, Червената планета е студена, токсична и безвъздушна, а това означава, че когато човешки крак стъпи на Марс, ще са необходими многобройни системи за осигуряване на нормалното съществуване.

Марсианската колония ще има нужда не само от въздух за дишане под подходящо налягане, но и от система за непрекъснато уравновесяване на нивото на въглеродния диоксид, кислорода и азота, като всичко това трябва да става на фона на осигуряване на подходяща топлина, която да защити човешкото тяло от студа навън.

За да могат първите пионери да оцелеят на Марс са необходими храна, която да бъде отгледана и вода, която да бъде дестилирана. За всичко това ще е необходима много енергия. Да не повдигаме въпроса, колко кафе ще е необходимо, за да не се побъркат хората.

Вече е пресметнато, че на бъдещата марсианска база ще са необходими около 90 KW на човек, а това означава, че една оптимална мисия от 12 души, ще има нужда от 1080 KW. За сравнение, едно средно американско домакинство използва 1,4 KW, като това е просто мощността на една включена кафеварка. Как може да осигурим толкова много енергия на тази марсианска база?

Един от вариантите е да се използва слънчева енергия. Слънчевите панели са сравнително евтини, лесни са за инсталиране и за настройка. Дори и аз мога да взема един обикновен слънчев панел и да си зареждам телефона. Не са необходими познанията на ядрен физик, за да се използва нещо подобно. Защо да не изградим на Марс една голяма електроцентрала със слънчеви панели?

Това е лоша идея поради две причини. Марс е по-далече от Слънцето и получава много по-малко слънчева енергия – около 60% от енергията, която достига до Земята. Слънчевите панели на Земята могат да подават приблизително 0,175 KW на квадратен метър панел, но на Марс същият панел ще дава само 0,105 KW/m. За захранването на марсианската колония са необходими приблизително 10 286 квадратни метра и това при условие, че всички панели са идеално осветени.

Да напомним, че през едната половина на денонощието едната страна на планетата не е осветена, така че тази площ трябва да се умножи на две и по този начин се получават 20 571 квадратни метра, което е наистина много. И още, необходимо е огромно акумулаторно хранилище с капацитет не по-малко от 12 960 KWh, което да осигури захранването през нощта.

Ако използваме сегашните акумулаторни батерии на Tesla, то това акумулаторно хранилище би тежало около 82 тона. За екип от 12 души това е огромен товар, който не може просто така да се разтовари и инсталира. А и трябва да се има предвид, че това трябва да стане бързо, понеже тези марсиански изследователи няма да имат храна, топлина и кислород.

Но всички тези числа предполагат чисто марсианско небе. На Червената планета няма облаци, както е на Земята, но има огромни обхващащи цялата планета пясъчни бури, които скриват слънцето за седмици, а понякога и месеци. Когато вашият живот зависи от слънчевата енергия, това никак не е добре, понеже заради тези бури мощността фатално ще падне. Ще спре растежът на растенията – тоест, отглежданата храна, кислородните апарати ще престанат да работят, топлината ще се изгуби, ще спре преработката на водата и дори кафе машината няма да може да се използва. Заради тези бури, нашата марсианска експедиция, която разчита само на Слънцето, ще загине. Явно няма как да разчитаме само на Слънцето.

Компютърен модел на марсианското небе по време на петъчната буря от месец юни 2018 година, базиран на информацията от Curiosity

Дали не можем да използваме възобновяеми източници на енергия, като например вятърни или геотермални? Атмосферата на Марс е толкова тънка, че силата на вятъра е недостатъчна, но геотермалните източници може и да работят.

Преки доказателства за съществуването на термални източници ние нямаме, освен случайните изхвърляния на метан, но причината за това могат да са организми, подобни на бактериите. Освен това, дори и да има някакви геотермални източници, те ще са на дълбочина няколко километра. За да достигнем до подобен източник на енергия е необходима огромна инфраструктура, каквато на Марс засега няма.

В сравнение със Земята Марс е геологически мъртъв. На тази планета няма активни вулкани и изхвърляния на магма, а това прави твърде съмнително получаването на енергия от една подобна геотермална станция. Напълно е възможно възобновяемата енергия да не струва толкова монументални усилия.

Получава се, че нито един от съвременните възобновяеми източници на енергия няма да работи на Марс. А какво да кажем за нещо малко по-опасно, каквато е например ядрената енергия?

Щеше направо да ни е смешно, ако на Земята имаше работещи термоядрени реактори. Бихме могли да използваме електрическа енергия, за да разделим марсианската вода на кислород и водород, като кислорода дадем на хората, а водорода използваме като гориво за термоядрен реактор. Даже е малко тъжно, че това технологично чудо все още не съществува.

Бихме могли да използваме същите плутониеви реактори, които осигуряват енергията за роувъра Opportunity. Това са MMRTG – те са леки, мощни и безопасни по замисъл. При тях топлината от радиоактивния разпад с помощта на термоелектрически генератори се превръща в електричество и по този начин не се налага използването на големите турбини, работещи с пара, каквито използваме на Земята. Само че тази технология дава едва 0,124 KW на реактор с тегло 45 кг. За да осигурим по този начин енергия за база от 12 души, ще са ни необходими 8709 подобни реактора с общо тегло 391 905 кг!

Не зная какво мислите вие, но транспортирането на подобна маса на Марс само за 12 души не изглежда много практично.

За щастие НАСА разработи нов реактор – системата Kilopower, в която се използва уран и двигатели на Стърлинг. Този реактор може да подава 10 KW електричество в продължение на 15 години и тежи едва 1500 кг. За да осигурим необходимата електрическа енергия за една марсианска база с 12-те души, ще имаме нужда от 108 подобни реактора които тежат приблизително 163-тона. Това е значителна икономия, но теглото все още е много голямо.

Прототипът на Kilopower

Теглото е голямо, понеже космическия кораб на SpaceX може да достави на Марс до 150 тона полезен товар. Това означава, че няколко от ракетите на Илън Мъск могат да транспортират цялата база, храна вода и въздух, както и 108-те реактора Kilopower, необходими, за да доставят електрическа енергия на марсианската база. Даже няма да се наложи използването на слънчева енергия – необходима е само една колосална ракета, която догоре е пълна с тези реактори плюс оръжеен уран. Това изглежда безопасно, но перспективата е твърде краткосрочна.

Дългосрочният Марс е нещо съвсем друго. Ресурсът на тези реактори е достатъчен за 15 години, а на бъдещите марсиански жители е необходимо много повече. По принцип на повърхността на Червената планета има уранова нова руда (може би затова всички са се насочили към Марс), която нашите марсианци биха могли да използват. Но има два проблема.

Първо, преди тази руда да бъде използвана като гориво за реактора, тя трябва да бъде пречистена, което изисква усилия от промишлен мащаб и огромни количества енергия. Дори и по някакъв начин да бъде получено ядрено гориво за реакторите, ние не знаем колко от тази руда има на Марс. Напълно е възможно повечето уран вече да се е разпаднал през изтеклите милиарди години. Това означава, че марсианската колония винаги ще зависи от земното ядрено гориво.

След изтощаването на тези реактори, тяхната мощност рязко ще падне и след 15 години всичките 108 реактора ще имат нужда от подмяна на урана. На всеки един от тези реактори са необходими 226 килограма уран – тоест, 24 400 кг, за да бъдат презаредени всички реактори. Това е напълно възможно да се направи чрез само един междупланетен космически кораб на SpaceX, така че зареждането на една марсианска база с 12 души е напълно възможно.

Но ако се замислим за един голям марсиански град, а не за една самотна база, ситуацията рязко се влошава и става очевидна зависимостта на Марс от Земята. Да предположим, че в един марсиански град с население от 100 хиляди души, можем да намалим консумацията до 10 KW на човек. Ще са необходими 100 хиляди реактора Kilopower, изискващи 22 600 тона уран на всеки 15 години. Може да се каже, че това не е много, понеже една типична земна атомна електроцентрала изразходва 4,6 пъти повече. Само че за превозването на този уран са необходими 150 космически кораба, при това без да са включени контейнерите, които ще са необходими за безопасното съхраняване на всичкия този уран. Сметките за градско осветление ще бъдат мъчително болезнени.

И наистина, ако една марсианска колония разчита на непрекъснат поток на ядрено гориво от Земята, как би могла да стане наистина независима? Едва ли марсианците ще могат да търгуват със Земята, понеже на Марс няма нито един ценен ресурс, от който на Земята да няма в изобилие. От гледна точка на енергията Марс изглежда завинаги свързан със Земята.

Има и друг проблем – запасите от уран привършват. Дори и да не пращаме уран на Марс, при сегашните темпове на консумация ние ще изчерпим качествения от гледна точка на горивото уран след малко повече от 200 години. На Земята са останали приблизително 5,5 милиона метрични тона от това вещество.

Какъв същност източник на енергия можем да използваме на Марс? Ако бъдещата колония използва слънчева енергия и няма достатъчно акумулирана енергия в хранилищата, една по-силна прашна буря ще убие всички хора на тази планета. Дори и да имаме предвид, че ще се използва една изключително голяма слънчева ферма и най-добрите акумулаторни батерии, които сме измислили към днешен ден, хората пак биха живели в страх пред големите марсиански прашни бури. Факт е, че Марс има много по-малко енергия от Земята и се очертава да бъде напълно зависим от планетата-майка.


Това е мнението на Уил Локет, известен със своите доста противоречиви материали. А вие имате ли някаква друга идея?

3.1 9 гласа
Оценете статията
Абонирай се
Извести ме за
guest
7 Коментара
стари
нови оценка
Отзиви
Всички коментари