Использование энергии Солнца и ветра

Есть два вида солнечных энергетических систем, которые могут быть изготовлены на Марсе: динамические и фотоэлектрические. Первые, также называемые гелиотермальными, являются низкотехнологичными. Принцип их работы основан на использовании параболического зеркала. Оно концентрирует солнечный свет на бойлере, где жидкость нагревается и расширяется, запуская турбинный генератор. Эти системы могут иметь довольно высокую эффективность (около 25 %), но на сегодняшний день они не получили широкого применения в космической программе, так как из-за того, что в них используются движущиеся части, многие считают их ненадежными. Однако на постоянной марсианской базе люди все время будут находиться поблизости, чтобы поддерживать работу систем солнечных батарей и ремонтировать неисправное оборудование. В этом случае аргумент надежности, выдвигаемый против динамических систем, становится значительно менее убедительным.

Более того, поскольку они будут представлять собой низкотехнологичные конструкции из зеркал, котлов и прочих подобных элементов, относительно легко увидеть, что из этого возможно изготовить на Марсе. Например, зеркала делаются из пластика, покрытого очень тонким слоем алюминия для увеличения отражательной способности. Трубы, котлы, вал турбины и лопасти можно выполнить из стали. Чтобы в действительности достичь уровня эффективности в 25 %, турбины придется изготовить с допусками, слишком точными для марсианской базы. Впрочем, это не проблема: при необходимости легко можно будет принять более низкие допуски и смириться с эффективностью в 15 %. В дополнение к этим преимуществам динамические системы также позволяют получить большое количество полезного тепла, возможно, в четыре-шесть раз превышающего их электрическую мощность.

Солнечные динамические системы, однако, требуют чистого неба. Для того чтобы параболические зеркала эффективно концентрировали свет, весь он должен приходить из одного и того же места – непосредственно от Солнца. Он не может исходить от диффузных источников, размазанных по всему марсианскому небу. На основании данных, полученных «Викингом», достаточного количества погожих дней для эффективной работы солнечных динамических систем можно ожидать только в течение северной весны и лета. В оставшуюся половину года зеркала, вероятно, станут давать очень мало энергии. Такие сезонные колебания могут быть приемлемы для некоторых целей. Не обязательно производить металлы круглый год. Но если солнечной энергии суждено стать основным источником питания базы, потребуются более надежные технологии.

Потенциально таковыми станут фотоэлектрические панели. Как мы видели, ключевой материал для их изготовления, чистый металлический кремний, может быть произведен на Марсе, равно как алюминий или медь для проводки в этих системах и пластмассы для электроизоляции. Чтобы сократить затраты, можно использовать упрощенные способы изготовления солнечных панелей в виде больших отдельных листов, недавно разработанные для использования на Земле. Такие методы, примененные на Марсе, вполне могут сделать осуществимым крупномасштабное местное производство фотоэлектрических систем. Вероятно, вы удивитесь, но производительность этих источников энергии на Марсе падает совсем незначительно, когда небо затягивают облака [38, 39]. За исключением очень сильных бурь, количества пыли, типичные для северного осеннего и зимнего неба, рассеивают, а не блокируют большую часть солнечного света. Фотоэлектрические панели, в отличие от солнечных динамических отражателей, хорошо функционируют вне зависимости от направления падающего света. Таким образом, они должны работать на Марсе круглый год. Их эффективность низкая, всего около 12 %, и в процессе не удастся получить тепловую энергию, превосходящую электрическую, но с этим придется смириться. Производительность панелей может значительно ухудшаться из-за пыли, которая будет осаждаться на них. Их придется чистить вручную или же оснастить систему чем-то вроде автомобильных «дворников».

Возможности использования ветра – еще одно дополнение к энергетической системе базы. Ветряные мельницы работали на Земле в течение многих столетий, низкотехнологичная природа делает их привлекательными для производства на марсианской базе. Да, пылевые бури планетарного масштаба случаются не периодически и, следовательно, бесполезны как реальный источник энергии. Более того, поскольку давление марсианской атмосферы в сто раз меньше такового на Земле, скорости ветра на поверхности Марса, измеренные на местах высадки модулей миссии «Викинг», были близки всего к 5 метрам в секунду, что подразумевает незначительный потенциал энергетики с использованием этого источника. Однако типичные потоки на приличных высотах над поверхностью имеют скорость около 30 метров в секунду, что позволяет вырабатывать такое же количество энергии на единицу площади ветряных установок, как при ветре в 6 метров в секунду на Земле. Это уже вполне приемлемо. Значит, ключевой параметр для практичных ветряных мельниц – высота размещения над поверхностью: мельница должна оказаться над неподвижным поверхностным слоем атмосферы. В настоящее время эта высота неизвестна, и ответ, несомненно, в любом случае варьируется в зависимости от места на Марсе. Какой бы большой ни оказалась высота, следует помнить, что на Красной планете мы будем возводить ветряную мельницу при силе тяжести в 38 % от земного значения, и, возможно, практичнее окажется построить ветряные башни, непривычно высокие на взгляд землянина.