عندما يتم إنشاء مستعمرة على المريخ، ما هي القوة التي سيتم استخدامها؟ النفط والفحم غير واردين، وكذلك الماء. ما تبقى هو طاقة الرياح والطاقة الشمسية والنووية. تحليل الخيارات
المقدمة
مصادر الطاقة التي نستخدمها يوميا هي بشكل رئيسي النفط والفحم والماء والطاقة النووية والقليل من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، عندما يتم إنشاء مستعمرات على المريخ، ما هي الطاقة التي سيتم استخدامها؟ ولا يؤخذ النفط والفحم في الاعتبار، وذلك لأنه ليس من الواضح ما إذا كانت هناك حياة على المريخ وإلى أي مدى، وكذلك ما إذا كان هذا نطاقًا يسمح بتكوين النفط والفحم. كما أن مصادر الطاقة المعتمدة على الماء مستحيلة أيضًا لأنك تحتاج إلى مياه متدفقة والضغط الجوي المنخفض لا يسمح بذلك. وفيما يتعلق بالمحطات النووية، فحتى لو كان ذلك ممكنا، فإن المشاكل التي ستنشأ هي من نوع مختلف، ففي حالة حدوث عطل، قد يتسرب الإشعاع الإشعاعي، وأولئك الذين سيعيشون في المستعمرة الأولى لن يكون لديهم مكان يهربون منه ولا أحد. لأخذهم لإعادة التأهيل وبدء الحياة من جديد، كما أن الإخلاء إلى الأرض مستحيل لأن وقت الإخلاء حرج وقد تتفاقم حالة الضحايا أثناء الرحلة إلى إسرائيل. وهناك مشكلة أخرى لا تقل خطورة وهي أن الإشعاع قد يسبب مخاطر بيئية شديدة على سطح النجم ويجب تجنب ذلك بأي ثمن. ولذلك يجب علينا أن نفكر في مصادر أخرى للطاقة.
طاقة شمسية
المصدر الأول للطاقة الذي يجب أخذه بعين الاعتبار هو الطاقة الشمسية، وذلك لسبب بسيط وهو أن المركبات الفضائية العاملة على المريخ أو التي تدور حوله مجهزة بمجمعات الطاقة الشمسية. والفرق الرئيسي بين هذه السفن الفضائية والمستعمرة هو أن المستعمرة تحتاج بطبيعة الحال إلى مصدر طاقة قوي ولفترة زمنية غير محدودة. من الواضح أن الحل بسيط، حيث يجب نشر مجمعات الطاقة الشمسية على الأرض، وربطها بالأنظمة المختلفة للمستعمرة، وستتلقى على الفور مصدرًا للكهرباء، وبما أن المريخ أبعد عن الشمس من الأرض، فإن شدة الضوء الذي يصل إليه أضعف، وثابت الشمس على الأرض 1353 وات/م583، وعلى المريخ 43 وات/مXNUMX. أي أن الثابت الشمسي للمريخ يبلغ XNUMX% من الثابت الشمسي للأرض، ويتطلب الاستخدام الضخم والاقتصادي لمجمعات الطاقة الشمسية وضع عدد كبير من المجمعات، الأمر الذي سيتطلب تخصيص مساحات كبيرة من أجل توليد الطاقة الكهربائية المطلوبة. وهذا يعني أن بناء محطة توليد الكهرباء سيصبح أكثر تكلفة. الحل الممكن هو استخدام العدسات لتركيز الضوء القادم من الشمس (عدسات فريسنل). وبالنظر إلى بعد المريخ عن الشمس، سيكون من الضروري استخدام عدة محطات تركيز.
لقد أظهرت التجربة أن العمر الافتراضي لمصفوفة تجميع الطاقة الشمسية هو 15-25 سنة، ومن المحتمل أن يكون هذا هو الحال أيضًا على المريخ، ومن المزايا البارزة للطاقة الشمسية أن الصيانة ضئيلة، وليست هناك حاجة إلى عمليات صيانة متكررة. إصلاحات باستثناء تنظيف الألواح من الغبار المتراكم، هناك غبار كثيف على المريخ بسبب الرياح الشرسة التي تهب في وجهه، ويمكن حل ذلك بعدة طرق. إحدى الطرق هي تركيب المكانس الكهربائية على المجمعات، والطريقة الثانية هي تركيب المساحات عليها، والطريقة الثالثة هي بناء محطة توليد الكهرباء في شكل وحدات، بحيث يكون من الممكن تفكيك الوحدات دون الإضرار بوظيفة المجمعات. المحطة ووضع أخرى جديدة في مكانها.
تصنع خلايا مجمعات الطاقة الشمسية من مواد شبه موصلة، وشبه الموصل المعروف هو السيليكون المستخرج من رمال البحر. تظهر آخر النتائج من المريخ أنه في الماضي كانت هناك مسطحات مائية كبيرة عليه وكانت هذه سواحل ولدينا مصدر إمداد مستقل لإنتاج مجمعات الطاقة الشمسية. دون الحاجة إلى إحضارهم من الأرض. مصدر آخر على المريخ يمكن الحصول منه على السيليكا، ربما ذو جودة عالية، هو كثبان المريخ، والتي يوجد منها الكثير.
إلى جانب مجمعات الطاقة الشمسية هذه، ينبغي البدء في البحث عن أنواع أخرى من الأرفف الشمسية، والإشارة إلى المجمعات المعتمدة على الأشعة فوق البنفسجية للشمس. وتكون شدة هذا الإشعاع الواصل إلى المريخ أقل من تلك الواصلة إلى الأرض، وذلك بسبب بعد المريخ عن الشمس، ولكن في المقابل فإن غلافه الجوي أرق. ولذلك فإن كمية الإشعاع لكل وحدة مساحة يمكن أن تكون أكبر مما يصل إلينا. الاتجاه الذي يجب المضي فيه هو تطوير وإنتاج مجمعات الطاقة الشمسية القادرة على تحويل هذه الطاقة إلى طاقة كهربائية. ونظرًا للمخاطر الصحية المرتبطة بهذا الإشعاع، يجب تصميم أجهزة الاستقبال هذه بحيث لا يحدث أي ضرر لأفراد الصيانة.
طاقة الرياح
مصدر آخر للطاقة يمكن أن يخدم احتياجات المستعمرات هو الرياح. وأظهرت الدراسة طويلة المدى للمريخ أن رياحاً قوية تهب عليه يمكن أن تصل سرعتها إلى 480 كم/ساعة. في ظاهر الأمر، يبدو الوضع مثاليا، ولكن هنا تبرز مشكلة. وتعتمد قوة الرياح على القوة الثالثة لسرعة الرياح عند ارتفاع الأجنحة الدوارة. وهذا يعني أن أي تغيير بسيط في سرعة الرياح يمكن أن يزيد بشكل كبير من الطاقة التي تحملها الرياح. والمشكلة في استخدام الرياح لتوليد الكهرباء هي كثافة الهواء المنخفضة على كوكب الأرض، والتي تبلغ 1٪ من كثافة الأرض. وهذا قد ينفي ميزة السرعة. ولذلك فمن الضروري العمل من أجل تصميم أكثر ذكاءً لمحطات الطاقة التي تعتمد على الرياح. وهذا يتطلب الرجوع إلى عدة متغيرات وهي:
أ. في وحدة جغرافية معينة محددة كمزرعة توربينات، ونظرًا لكثافة الهواء المحددة، سيكون ترتيب التوربينات مختلفًا عن ذلك الذي يتم في المزرعة الوطنية. وذلك من أجل السماح بأقصى استفادة من تدفق الهواء، دون أن يطغى أحد التوربينات على الآخر.
ب.حجم الشفرات – كلما كانت الشفرة أكبر، كلما زادت مساحة المقطع العرضي الذي تغطيه أثناء دورانها، ويمكنها امتصاص كمية أكبر من الطاقة من طاقة الرياح، ونتيجة لذلك، تكون كمية الكهرباء المنتجة أكبر. لكن الحجم له حدود. الشفرة الأكبر تكون أثقل وطرفها أبعد عن مركز الجاذبية ومحور دورانها، وبالتالي يتم تطبيق عزم دوران أقوى على المحور مما قد يؤدي إلى التواءها وستقل فعالية الشفرة. من المحتمل أنه على المريخ بسبب جاذبيته الصغيرة (0.38% من جاذبية الأرض)، سيكون من الممكن استخدام شفرات أطول. وبهذه الطريقة، قد يكون من الممكن تعويض المشاكل المرتبطة بانخفاض كثافة الغلاف الجوي جزئيًا.
ج. تكوين الشفرات - التصميم الديناميكي الهوائي للشفرات الذي سيسمح "بسحب" أقوى للرياح (مهنة جديدة لمهندسي الطيران).
د. مواد البناء – الشفرات في مزارع الرياح مصنوعة من الألياف الزجاجية المقواة بالبوليستر أو غراء الإيبوكسي المخصص للأشجار. وقد يكون مناسبًا أيضًا للمريخ. وبما أن هذه مواد خفيفة، فإنها ستكون خفيفة على المريخ، وسيكون لذلك معنى من حيث الروح. ومع ذلك، فمن الضروري التفكير في مواد البناء الأخرى التي ستكون أيضًا مقاومة للغبار المحمول جواً لمنع تآكلها السريع بسبب سرعة الرياح العالية على الكوكب. ولهذا سيكون من الضروري استخدام المواد المركبة والمعرفة المستخدمة في تصميم الطائرات وخاصة الطائرات المقاتلة.
من مساوئ طاقة الرياح ضجيج التوربينات خاصة عندما تهب رياح قوية، وهذا العيب على المريخ سيكون ضئيلا، لأن انخفاض رقة الغلاف الجوي يجعله ضعيفا في توصيل الصوت. والعيب الآخر هو التداخل الذي تحدثه التوربينات مع إشارات الراديو، فقد تتداخل مع الإشارات المرسلة والمستقبلة من المستعمرات. ولذلك سيكون من الضروري إنشاء مزرعة الرياح على مسافة من المستعمرة.
الحل الجزئي لمشكلة كثافة الهواء لتشغيل الشفرات هو إنتاج منظفات الهواء التي سيتم تشغيلها بواسطة مجمعات الطاقة الشمسية. سيتم ضغط الهواء الذي يتم ضخه في قنوات باتجاه الشفرات وبالتالي سيكون من الممكن رفع ضغط الهواء بشكل مصطنع حيث توجد الشفرات وزيادة معدل دورانها.
סיכום
والاستنتاج الواضح هو أن توليد كمية كافية من الكهرباء للمستعمرة سيتطلب بناء نظام متكامل لتوليد الكهرباء يشمل مجمعات الطاقة الشمسية ومزرعة الرياح. وفي إطار الاستعدادات لإنشاء مستعمرة على المريخ، من الضروري إنشاء مختبرات بحثية ستشمل أنفاق الرياح لمحاكاة سلوك الغلاف الجوي المريخي.
مجموعة مقالات حاييم مزار على موقع هيدان
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~150404021~~~98&SiteName=hayadan
