Les scientifiques ne savent pas si le solaire ou le nucléaire devrait être la source d’énergie préférée des petites équipes visitant la surface martienne. De nouvelles recherches suggèrent que les deux options sont bonnes, la situation géographique étant le facteur déterminant.
Le des chercheurs comparé deux puissances différentesgénérant des options pour un voyage en équipage vers Mars : cellules solaires et énergie nucléaire à partir de petits réacteurs à fission. Une considération clé était la quantité de poids, ou «masse emportée», nécessaire pour construire chaque solution, car les missions vers Mars chercheront à emballer de la manière la plus efficace possible. Le résultatspublié aujourd’hui dans Frontiers in Astronomy and Space Sciences, suggèrent les deux options sont viables, mais avec une mise en garde assez importante liée à la géographie.
“Le résultat principal était que l’on” gagne “dépend de l’emplacement sur Mars”, a expliqué Anthony Abel, chercheur au Département de génie chimique de l’UC Berkeley et co-auteur de l’étude, dans un e-mail. “Le résultat global était que plus près de l’équateur, le solaire était meilleur que le nucléaire, tandis que plus près des pôles, le nucléaire était meilleur que le solaire.”
C’est une bonne information à avoir, car elle pourrait avoir une incidence significative sur le type de puissance-gdes dispositifs générateurs que chaque future mission voudra amener sur Mars. La NASA devrait en prendre note, car l’agence spatiale prévoit d’envoyer la première mission avec équipage sur la planète à la fin des années 2030 ou au début des années 2040. Cela dit, ces constatations sont propres à un équipage de six personnes sur un Mission de 480 jours à la surface martienne (les premières missions ne dureront probablement pas plus de 30 jours), mais les chercheurs affirment que leurs résultats pourraient parler de missions encore plus grandes et plus longues, y compris des colonies permanentes. Aaron Berliner du département de génie nucléaire de l’UC Berkeley est co-auteur de l’étude.
Les futurs explorateurs auront besoin d’électricité pour soutenir leurs missions au sol. Cette énergie sera nécessaire pour produire de la chaleur, de l’oxygène et de l’eau potable, ainsi que pour pour alimenter également des activités plus avancées, telles que les LED pour briller sur les récoltes et les imprimantes 3D pour produire des pièces utiles. Abel et Berliner, en tant que membres du Centre pour l’utilisation du génie biologique dans l’espace (CUBES), ont un intérêt direct dans ce sujet, car leurs concepts imaginés dépendront d’une puissance de travail soutenue, comme l’utilisation de microbes pour produire des plastiques et pharmaceutiques. Abel et Berliner voulaient savoir comment alimenter au mieux leurs futurs systèmes spatiaux, ce qui a conduit à la nouvelle étude.
“Nous savions que les rovers dans le passé étaient alimentés soit par des cellules solaires, soit par des générateurs d’énergie nucléaire, et que des missions solaires et nucléaires avaient été proposées pour des missions avec équipage vers Mars”, m’a dit Abel. “Les générateurs nucléaires fonctionneront plus ou moins de la même manière, peu importe où vous vous trouvez, mais les cellules solaires fonctionneront assez différemment car la lumière du soleil est la source d’énergie.”
La cohérence du nucléaire et la précarité du solaire ont conduit certains experts à suggérer que le nucléaire pourrait être le choix le plus intelligent et le plus fiable. En effet, de nombreux facteurs doivent être pris en compte lorsqu’il s’agit de produire de l’énergie solaire sur la planète rouge. Mars, en plus d’être faplus éloignée du Soleil que la Terre, est plus froide, plus poussiéreuse et plus sèche. Abel et Berliner ont dû tenir compte de ces facteurs, calculer les variations de l’intensité solaire, cartographier les températures de surface et analyser la façon dont les gaz et les particules absorbent et diffusent la lumière sur Mars, car tout cela influence capacité des cellules solaires pour produire de la puissance.
“Nous devions donc modéliser l’atmosphère martienne pour déterminer la quantité de lumière qui atterrirait sur nos cellules solaires, puis modéliser les cellules solaires pour déterminer la quantité d’énergie qu’elles généreraient”, a déclaré Abel. “Le soleil se couche également tous les jours, donc lorsque vous utilisez l’énergie solaire, vous devez trouver un moyen de stocker de l’énergie pour ‘garder les lumières allumées’ la nuit.”
Munie de ces données, l’équipe a ensuite calculé la masse emportée des différentes solutions énergétiques – la “quantité de choses que nous aurions besoin d’apporter avec nous de la Terre à Mars”, a déclaré Abel, ajoutant que “moins c’est mieux”. Cela a conduit l’équipe à conclure que le solaire fonctionne mieux près de l’équateur, tandis que le nucléaire a plus de sens près des pôles.
En effet, alors qu’un dispositif à fission nucléaire miniature fonctionne de la même manière quel que soit l’emplacement choisi sur Mars, il n’en va pas de même pour le solaire. Un générateur photovoltaïque qui utilise de l’hydrogène comprimé pour le stockage de l’énergie a été calculé pour avoir une masse résiduelle de 8,3 tonnes à l’équateur martien, contre 9,5 tonnes pour l’option nucléaire équivalente. Mais comme l’efficacité du solaire diminue avec la distance à l’équateur, nos explorateurs intrépides auraient besoin d’emballer 22 tonnes de matériel pour construire un générateur d’énergie solaire tout aussi efficace aux pôles martiens. Et futur eles xplorateurs vont certainement vouloir visiter les pôlescar ces régions sont susceptibles d’avoir glace d’eau précieuse.
Le principal point à retenir de la recherche est que “le solaire et le nucléaire peuvent fonctionner, mais cela dépend de l’endroit où vous atterrissez, du nombre de personnes qui y vont et de la manière dont vous stockez l’énergie”, a déclaré Abel. Fait intéressant, la surface martienne est à peu près divisée en deux selon que l’énergie solaire ou nucléaire serait l’option d’alimentation idéale. En termes de stockage d’énergie, l’équipe a découvert qu’il serait préférable de prendre l’électricité excédentaire et de l’utiliser pour diviser les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène..
“Ces gaz peuvent être stockés facilement dans des réservoirs jusqu’à la nuit, lorsque les panneaux solaires ne produisent pas d’énergie. Ensuite, nous utilisons une pile à combustible pour libérer l’énergie stockée dans ces gaz en électricité, régénérant de l’eau », m’a dit Abel. “Vous avez probablement entendu parler des bus à pile à combustible, qui s’appuient sur la même technologie pour alimenter leurs moteurs.”
J’ai demandé à Abel si ces découvertes pourraient être transférables à des missions martiennes d’une durée supérieure à 480 jours et impliquant plus de six personnes.
“Les choses seront un peu différentes pour les missions plus importantes ou pour une colonie”, a-t-il répondu. “Parce que les habitats seront plus grands, ils auront besoin de plus d’énergie, donc votre système de production d’électricité devra également s’agrandir. Pour le solaire, votre système de stockage d’énergie devra également être plus grand, ce qui pourrait désavantager le solaire. »
Cela dit, Abel pense que ces découvertes pourraient bien se traduire par d’autres types de missions. Une fois qu’un site d’atterrissage est choisi et que le nombre de membres d’équipage est sélectionné, les planificateurs de mission “pourraient utiliser nos calculs pour déterminer si le nucléaire ou le solaire sera meilleur sur ce site pour cette taille de mission”.
Selon Abel, le solaire serait préférable pour une mission à Jezero Crater, le site d’atterrissage du rover Perseverance de la NASA, tandis que le nucléaire serait l’option supérieure à Utopia Planitia, où le rover Viking 2 a atterri. Ces résultats “pourraient changer pour des missions plus importantes, mais refaire le calcul pour différentes tailles de mission est assez facile maintenant que nous pouvons prédire la quantité d’énergie que les cellules solaires peuvent générer à un endroit donné sur Mars”, a-t-il ajouté.
À l’avenir, l’équipe travaillera pour déterminer la quantité de nourriture, de médicaments et d’autres ressources dont les équipes au sol martiennes auront besoin, ainsi que le nombre et le type de panneaux solaires nécessaires pour répondre à ces besoins. Ils sont espérant également concevoir des plans de mission qui tiennent compte des journées plus ensoleillées ou des mois d’été, période pendant laquelle Les explorateurs martiens cpourrait stocker des matériaux à utiliser pendant l’hiverlorsque la lumière du soleil est moins intense.
.