La electricidad en Marte ¿es posible?

Cómo generar electricidad en Marte

Establecer una presencia humana en Marte conllevará una gran variedad de desafíos, muchos de los cuales están vinculados a un requisito esencial: la energía

Ya sea para generar oxígeno, conducir vehículos exploradores, proporcionar calor y luz o comunicaciones, los futuros residentes de Marte necesitarán un suministro constante de electricidad para mantenerlos seguros y mantener la misión en funcionamiento.

Sin embargo, no hay una red eléctrica en Marte, y las soluciones actuales solo pueden llevarnos hasta cierto punto. Entonces, ¿cómo será la primera planta de energía fuera del planeta? Nos pusimos en contacto con dos personas que trabajan en la vanguardia de los sistemas de energía espacial en dos agencias diferentes para averiguarlo.

Reactores nucleares en el espacio

Los planes de la NASA para el futuro de la generación de energía incluyen sistemas de fisión nuclear, en los que los átomos de uranio se dividen dentro de un reactor para generar calor. En comparación con los sistemas de radioisótopos (RTG) que impulsan los vehículos móviles como Perseverance, los sistemas de fisión pueden producir más energía sin dejar de tener un tamaño pequeño.

En marzo de 2018, el proyecto Kilopower de la agencia demostró un experimento de fisión capaz de producir 1 kilovatio de energía, que podría usarse como base para futuros reactores espaciales. El experimento, apodado KRUSTY por el reactor de kilopotencia que usa tecnología Stirling, fue impulsado por un núcleo de uranio-235 que la NASA describió como «aproximadamente del tamaño de un rollo de papel toalla». Este calor generó, que luego se convirtió en electricidad a través de un mecanismo llamado motor Stirling.

Un futuro sistema de energía de superficie de fisión será pequeño y liviano y podría funcionar durante al menos 10 años. Eso hace que el concepto sea ideal para futuras misiones a la luna y, eventualmente, a Marte.

El año pasado, la NASA, junto con el Departamento de Energía, invitó a ideas de la industria para un sistema de 10 kilovatios. Cuatro o cinco de estas unidades podrían alimentar un hábitat de Marte con todo lo que eso implica, como la producción de oxígeno para propulsores de cohetes, además de satisfacer las necesidades de tres o cuatro astronautas, que se estima que requieren un total de alrededor de 40 kilovatios .

NASA. Campamento ideal
Investigación Glenn de la NASA

Dionne Hernandez-Lugo fue la directora de proyectos de Kilopower y ahora es la subdirectora de proyectos para la demostración de la tecnología lunar de energía de superficie de fisión de la NASA, y le dijo a Digital Trends que tienen la intención de probar la primera unidad en la luna dentro de la próxima década.

«La idea es demostrar el sistema primero en la luna como parte del programa Artemis«, dijo. “Nuestro proyecto busca desarrollar un sistema de 10 kilovatios y hacer la primera demostración en la luna. Eso nos ayudaría a comprender el sistema «. Después de esto, se podrían realizar las modificaciones de diseño necesarias y se podría utilizar en futuras misiones a Marte.

El plan para la primera prueba en la luna es que la unidad de energía permanezca dentro del módulo de aterrizaje lunar. Dejar la unidad en el módulo de aterrizaje «ayuda a facilitar las operaciones del sistema en lugar de tomar la masa adicional que permitiría su extracción», explicó. En eso está trabajando su equipo. Pero también esperan ver ideas de la industria sobre cómo podría funcionar un sistema extraíble. “En este momento, dentro de nuestro grupo, la idea es dejar el sistema dentro del módulo de aterrizaje”, dijo. «Pero hay muchas innovaciones por ahí, y en este momento estamos buscando esas innovaciones de la industria para ver otras opciones que tendrían».

Marte, posible instalación eléctrica
NASA

Un estudio interno de la NASA estimó que cada unidad de 10 kilovatios tendrá alrededor de seis metros (19,6 pies) de alto y más de dos metros (6,5 pies) de ancho, aunque los detalles exactos dependerían del diseño final. Una imagen conceptual (arriba) producida por la NASA muestra cuatro unidades de este tipo unidas en la superficie de Marte para proporcionar energía a una base allí, para que pueda imaginarse cómo sería una planta de energía marciana.

La seguridad de la energía nuclear

Un factor que suele preocupar a la gente cuando se trata de utilizar energía nuclear en la Tierra es la seguridad, y eso también se aplica a las misiones espaciales. Los elementos radiactivos utilizados en los reactores nucleares, como el uranio utilizado en la demostración de Kilopower, emiten radiaciones peligrosas para los humanos y que también pueden causar problemas con los equipos electrónicos cercanos.

Para mantener seguros tanto a las personas como a los dispositivos electrónicos, los sistemas de energía de fisión están rodeados por un blindaje de metal grueso que contiene la radiación. Cualquier nuevo sistema de energía para una misión a Marte se someterá a pruebas exhaustivas en la Tierra para asegurarse de que sea seguro incluso en condiciones extremas, como pruebas operativas, pruebas de vacío y pruebas vibratorias.

Material para general electridad en Marte
NASA

Hernández-Lugo señaló que la NASA ya ha lanzado más de 20 misiones en el pasado que utilizaron varios tipos de sistemas de energía nuclear, «por lo que la NASA tiene experiencia y experiencia en el lanzamiento de sistemas de energía nuclear tanto a la Luna como a Marte».

También existe preocupación por el uso de uranio altamente enriquecido en sistemas de energía, que es lo que utilizó la demostración de Kilopower. Este material también se puede utilizar para fabricar armas nucleares, por lo que a algunos líderes políticos les preocupa que su uso en proyectos espaciales pueda fomentar su proliferación en la Tierra.

Para abordar estas preocupaciones, los futuros sistemas de fisión de superficie podrían usar uranio poco enriquecido, que se usa comúnmente en reactores de potencia en la Tierra y no es apto para armas. “Los diseños de uranio poco enriquecido son muy atractivos desde la perspectiva de la regulación reducida y el cumplimiento de las recientes directivas nacionales de política nuclear espacial”, escribió Hernández-Lugo en un correo electrónico de seguimiento. «El uso de uranio altamente enriquecido todavía es posible si la misión tiene una necesidad imperante».

La última directiva de política espacial , publicada por la Casa Blanca en diciembre del año pasado, solo permite el uso de uranio altamente enriquecido si es aprobada por varios organismos gubernamentales y se puede demostrar que es la única forma de completar una misión.

Energia del sol

Sin embargo, la energía nuclear no es la única opción para la generación de energía: una de las opciones de energía más comunes que se utilizan para las misiones espaciales en este momento es la energía solar. La Agencia Espacial Europea (ESA) utiliza energía solar para prácticamente todas sus misiones, y su próximo rover de Marte, llamado Rosalind Franklin, también funcionará con energía solar.

«En el espacio, la eficiencia es incluso más importante que en tierra y estamos constantemente impulsando lo que es técnicamente posible».

Esta rápida tasa de desarrollo significa que los ingenieros están diseñando paneles que pueden producir incluso más electricidad a partir de la misma cantidad de luz solar, y Summerer espera que los futuros sistemas solares continúen siendo más eficientes.

“En el espacio, la eficiencia es incluso más importante que en tierra y estamos constantemente impulsando lo que es técnicamente posible”, dijo Summerer. Los aumentos relativamente pequeños en la eficiencia y la masa de las células solares pueden marcar una gran diferencia en el costo total de los sistemas solares, particularmente para naves más pequeñas como los satélites.

Recreación de superfie de Marte
La Sociedad de Marte

Pero como todas las tecnologías, existen limitaciones en el uso de energía solar. “Tiene la desventaja de depender de una fuente externa, el sol y todos los inconvenientes que conlleva”, dijo Summerer. En muchas situaciones, la energía del sol solo es intermitente. En un planeta con un ciclo diurno y nocturno, las baterías se pueden utilizar para almacenar el exceso de energía durante el día y seguir suministrándola durante la noche. Pero esto agrega otro elemento voluminoso al sistema de energía, así como una capa adicional de complejidad.

Una solución futurista a este problema que se está considerando es el desarrollo de plantas de energía solar en órbita , que podrían funcionar en conjunto con paneles de energía solar en la superficie para recolectar energía del sol y transmitirla a la superficie de forma inalámbrica. Actualmente, la ESA está buscando conceptos para hacer realidad esta idea.

La luz del sol en Marte

Sin embargo, cuando se trata específicamente de Marte, existen algunos desafíos con el uso de energía solar. Como está más lejos del sol que la Tierra, llega menos luz solar a la superficie del planeta. Eso significa que los exploradores de Marte tendrán acceso a aproximadamente la mitad de la irradiancia solar que tendrían en la Tierra.

Eso no significa que el uso de energía solar sea imposible en Marte, solo que las misiones deben tener mucho cuidado con el uso de energía. Los vehículos de exploración de Marte de la generación anterior de la NASA, Spirit y Opportunity, utilizaban energía solar, y los orbitadores actuales como Mars Express y Mars Orbiter Mission también funcionan con energía solar.

Paneles solares
National Geographic

Sin embargo, hay otro problema en Marte: las tormentas de polvo . Marte tiene un sistema meteorológico complejo que ocasionalmente resulta en tormentas de polvo globales masivas, bloqueando temporalmente gran parte de la luz del sol y cubriendo prácticamente todo en el planeta con una capa de polvo, incluidos los paneles solares. Eso es lo que provocó que el increíblemente longevo rover Opportunity finalmente se oscureciera, cuando una enorme tormenta de polvo se extendió por todo el planeta en 2018.

Summerer cree que al combinar plantas de energía solar orbital y de superficie, probablemente podría generar suficiente energía para un hábitat humano. Pero también reconoció que es valioso combinar la energía solar con otras fuentes de energía como la nuclear. “La energía solar en la superficie y eventualmente complementada desde la órbita puede proporcionar suficiente energía para los hábitats humanos en Marte, pero como lo demuestran los últimos rovers, como Perseverance, que acaba de aterrizar, a veces las pequeñas fuentes de energía nuclear brindan una ventaja competitiva tan grande que Espero que estos también desempeñen un papel ”, escribió.

Elegir la fuente de energía adecuada para la misión

Un sistema nuclear tiene distintas ventajas para las misiones de habitación humana. En primer lugar, cuando desee diseñar un sistema de energía para usar tanto en la luna como en Marte, como lo hace la NASA, entonces debe lidiar con los períodos de oscuridad de dos semanas en la luna.

“Cuando empiezas a pensar en cómo diseñar una arquitectura de misión que te permita tener energía constante, entonces es cuando entra en juego la energía nuclear”, dijo. «Porque necesita un sistema confiable que le brinde energía continua durante esas operaciones nocturnas».

Para Marte, la generación continua de energía también es importante, especialmente para la seguridad de los astronautas que viven allí. Definitivamente desea un sistema de energía que siga funcionando en cualquier condición climática, incluso durante un sistema de polvo, y la energía nuclear puede proporcionar eso.

Hernández-Lugo también señaló que las misiones actuales de la NASA a Marte, como Mars 2020, utilizan una combinación de energía solar para el helicóptero Ingenuity y energía nuclear para el rover Perseverance, para adaptarse a las necesidades particulares de la misión.

“En este momento, dentro de la agencia, están buscando avanzar en todos los diferentes sistemas de energía para tenerlos disponibles en misiones como la luna y Marte”, dijo. «Así que hay un lugar para todos los sistemas de energía».

Fuente: Georgina Torbet

Artículo de referencia: https://www.digitaltrends.com/features/generating-electricity-on-mars/

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