Welche Stromquellenoptionen bieten eine zuverlässige und nachhaltige Stromerzeugung für eine Marskolonie?

Viele Lebenserhaltungs- und Missionsdesign-Fragen haben je nach Maßstab Antworten: Wie groß ist die Kolonie?

Bisher praktikable Lösungen, die in Marsmissionspapieren diskutiert werden, drehen sich um zwei Hauptenergiequellen:

• Solar (Lichtschranken) und
• nuklear (bedeutet konventionelle Spaltreaktoren auf Uran-235, höchstwahrscheinlich hoch angereichert)

Bisher standen wir in Sachen Photovoltaik vor mehreren Herausforderungen:

• Staubansammlung
• die Notwendigkeit, die Paneele zu drehen, um die Sonne zu verfolgen, und die entsprechende Unzuverlässigkeit aller Mechanismen mit Lagern in der Marsumgebung (selbst bei menschlicher Wartung)
• PV-Abfall mit der Zeit
• saisonale Schwankungen der PV-Leistung
• die Notwendigkeit, Energie für den nächtlichen Verbrauch zu speichern und die erfrischende Idee, den lieferbaren Waren zusätzliche Masse hinzufügen zu müssen und auf Probleme (einschließlich thermischer) mit den Batterien zu achten (obwohl Schwungräder effizienter werden, wenn die Kolonie wächst)

Kernreaktoren mit Brayton-Cycle-Turbinen machen die Energiespeicherung nicht überflüssig, haben aber ihre eigenen Probleme:

• Die Kühlung erfordert große Radiatoren (da sie vertikal sind, müssen Sie sich keine Sorgen um den Staub machen)
• Standort (hinter Bermen und in Kratern) aufgrund der Notwendigkeit, die Kolonie vor Neutronenfluss abzuschirmen
• die Wahl zwischen Auftanken (für große und langfristige Kolonien) und Ersatz
• Entsorgung von Nuklearabfällen (und Reaktoren).

Es gibt jedoch zwei weitere Lösungsmöglichkeiten für ausreichend große Kolonien:

• Solarthermische Kraftwerke
• Orbital-Solar-PV-Kraftwerke, die die Energie durch Mikrowellen senden (daher muss man keine Luftschilde und all die andere tote Masse bereitstellen, die zum Landen der Anlage benötigt werden) - eine ziemlich skalierbare Lösung, würde ich vermuten.

Um es noch einmal zusammenzufassen:

• Eine Kolonie/Lebensraum benötigt Energieerzeugung und -speicherung , egal was passiert
• Verlässlichkeit bedeutet Vielfalt: Für ausreichend große Lebensräume möchte man sowohl einen Reaktor als auch ein Solarfeld, Schwungräder und Batterien haben
• Die Versorgung der Kolonie ist mühsam, da die Ladung punktgenau gelandet werden muss, daher sind alle Energielösungen, die keine Landung erfordern, wirklich willkommen

Meiner bescheidenen Meinung nach wäre ein Kernreaktor als Hauptenergiequelle, Schwungräder zur Energiespeicherung und Paneele und Batterien als Backup ein konservativer Ausgangspunkt für zukünftige Designs. Es sind jedoch Berechnungen erforderlich, um die Designs zu verfeinern und zwischen konkurrierenden Lösungen zu wählen.

Es gibt eine Reihe von Optionen, darunter Atomkraft und sogar die Möglichkeit der Solarenergie (mit hocheffizienten Photovoltaikzellen - wie sie in den Mars-Rovern verwendet werden).

Ein Vorschlag, der in "Selbsterhaltende Marskolonien unter Nutzung der Nordpolkappe und der Marsatmosphäre" diskutiert wird. (Powell et al. 2001) ist, dass sich die Kolonie in der Nähe der nördlichen Eiskappe befinden und jegliches Wassereis nutzen sollte, um es zur Stromerzeugung in Wasserstoff und Sauerstoff zu trennen. Der Artikel schlägt vor, dass dieser Prozess unter Verwendung von Kernreaktoren initiiert werden könnte.

Aus dem verlinkten Abstract:

Die Kolonien würden sich auf der Nordpolkappe des Mars befinden und leicht verfügbares Wassereis und die CO2-Atmosphäre des Mars als Rohstoffe verwenden, um alle Treibmittel, Treibstoff, Luft, Wasser, Kunststoffe, Lebensmittel und andere Vorräte zu produzieren, die von der Kolonie benötigt werden . Die Kolonisten würden in thermisch isolierten großen, bequemen Habitaten unter der Eisoberfläche leben, vollständig abgeschirmt von kosmischer Strahlung. Die Habitate und Vorräte würden von einer kompakten, leichten (~4 Tonnen) nuklearbetriebenen Robotereinheit namens ALPH (Atomic Liberation of Propellant and Habitat) produziert, die 2 Jahre vor der Ankunft der Kolonisten landen würde. Unter Verwendung eines kompakten, leichten 5 MW (th) Kernreaktors/einer Dampfturbine (1 MW(e)) Stromquelle und kleiner Prozesseinheiten (z.