Как быстрый и мощный марсоход мог питаться от электричества?

Еще не упомянутый вариант — это спутники на солнечной энергии. Большая антенна на орбите могла сфокусировать мощный микроволновый луч на вездеходе. С низкой орбиты Марса (300 км) антенна диаметром 1 км может фокусировать микроволны с длиной волны 1 см на цель размером 3 м. Они должны иметь электронное управление, чтобы обеспечить быстрый и точный поворот. Вы хотели бы иметь несколько таких орбитальных аппаратов с охватом от 20 до 30 минут с каждого орбитального аппарата в день. Вы можете обменять более высокие орбиты с большим охватом на более длительное время на орбиту. Однако на ареосинхронных орбитах размер антенны становится смешным (или затрачиваемая мощность становится чрезмерной).

Убедитесь, что антенна из проволочной сетки полностью покрывает ровер, чтобы луч не поджарил ровер или его пассажиров. И убедитесь, что луч не направлен на вас, когда вы идете вокруг вездехода.

Ограничивающим фактором для марсоходов сейчас является выработка электроэнергии во время движения. Между прочим, эта же проблема существует в космической программе Кербала и была рассмотрена Энди Вейром в «Марсианине». Проблема в том, что вы можете либо генерировать энергию, либо двигаться, но сложно делать и то, и другое одновременно. Есть несколько способов преодолеть эту проблему.

Лучший способ — иметь большое количество энергии во время отдыха (например, установить солнечные батареи) и делать периодические перерывы. Это невозможно для нынешних марсоходов, потому что развертывание/убирание солнечных панелей со временем окажется затруднительным.

Второй способ заключается в сдерживании выработки электроэнергии транспортным средством во время движения. Есть 3 способа сделать это, а именно солнечные панели с фиксированными панелями, такие как Opportunity, которые производят мало энергии, но не требуют развертывания чего-либо. Во-вторых, у вас может быть система RTG (основанная на радиоактивном распаде), как Curiosity. Они не очень популярны для запуска (поскольку они содержат радиоактивный материал), имеют сложное топливо для производства и производят фиксированное количество энергии со временем (несколько колеблется в зависимости от фоновой температуры). Вы никогда не сможете получить большую мощность с одним из них без большого веса. Далее у вас может быть атомная электростанция. Они очень непостоянны, я не могу представить себе удаленную работу с ними, и они довольно большие. Это может сработать для очень большого марсохода (размером, скажем, с Ползуном ).), но нецелесообразно в краткосрочной перспективе. Кроме того, это, вероятно, будет лучше работать с некоторой формой развертывания, чтобы уменьшить нагрев. Наконец, можно было бы сделать систему на основе топлива, улавливающую выхлоп. Если вы не можете принести достаточно топлива, чтобы быть полезным, это трудный процесс. По сути, это будет работать как эффективная батарея. Обратите внимание, что выхлоп может быть использован для преобразования топлива. Роберт Зубрин в книге The Case for Mars предлагает использовать метан/кислород и улавливать выхлопную воду для будущей повторной обработки.

Суть в том, что без большей силы вы не сможете двигаться очень быстро. А мощность — это сложная вещь, особенно с беспилотными транспортными средствами. Я считаю, что пилотируемый автомобиль с развертываемой системой солнечных батарей (как, например, в «Марсианине») был бы лучшим способом быстрой езды. Я считаю, что двигатель внутреннего сгорания Роберта Зубрина, работающий на метане, был бы наиболее эффективным способом накопления энергии солнечных батарей. С такой системой вы можете двигаться с разумной скоростью, скажем, 5-10 миль в час, что, вероятно, лучше всего подходит для такого неизведанного места. Я полагаю, что при желании можно было бы ехать и быстрее, все дело в обмене безопасностью и эффективностью на скорость.

Ядерная энергия не применима для транспортных средств. Были некоторые попытки в прошлом, но ничего отдаленно пригодного для использования.
Самый маленький ядерный реактор, о котором я знаю, - это проект ЕЛЕНА (все еще концепт), который производит 100 кВт и весит 235 тонн. Силовая установка подводной лодки весит около 1000 тонн и производит около 50 МВт.

Но я не думаю, что мощность является главным препятствием для увеличения максимальной скорости вездехода. Автономная навигация — сложная задача, а вождение на низкой скорости снижает риск аварии.

Как мы можем повысить эффективность солнечных батарей размером с автомобиль? Одним из подходов может быть орбитальное концентрирующее зеркало. Иногда их предлагали на Земле, но на Земле гораздо дешевле просто построить большую солнечную ферму. Для марсианской миссии на самом деле проще вывести что-то на орбиту, чем поставить на землю. Направить его на движущееся транспортное средство сложно, но возможно, если вы двигаетесь плавно по прямой. Это, безусловно, было бы полезно для стационарных буровых работ.

Различные организации продолжают обещать компактные ториевые реакторы, а Lockheed Martin даже заявляет, что работает над термоядерным синтезом. Если какой-либо из них попадет в коммерческое производство, они могут быть хорошими вариантами.

Но стоит учитывать, насколько скорость безопасна. Curiosity постепенно накапливал повреждения колес. Скалы острые, так как нет настоящей погоды, чтобы сгладить их. Чем быстрее вы едете, тем больше шансов попасть в аварию.

Следующее получено из Kilopower Википедии: .

Настоящий небольшой автономный ядерный реактор мощностью 1–10 кВт со встроенными преобразователями мощности Стирлинга для выработки электроэнергии.

Они очень компактны (даже с учетом лопаток радиационного охлаждения), дешевы и надежны.

Хорошо, я лгу о втором атрибуте. Как и в случае с чем-либо ядерным, устройство не может быть дешевым. Я думаю, что у дешевого есть запретительный судебный приказ всегда оставаться на расстоянии 1 мили.

Но они, кажется, обеспечивают средства для обеспечения очень надежного, круглосуточного, непрерывного питания в течение примерно 10-15 лет.

Блок мощностью 10 кВт весит около 1500 кг, включая реактор, силовой преобразователь, систему охлаждения и др. Он находится в корпусе площадью около 4 м ² , 80% которого составляет как раз «зонтик» радиационного охлаждения.

Блок мощностью 10 кВт излучает около 40 кВт тепла, что может быть очень удобно в таком холодном месте, как Марс, но все же будет слишком много, и его необходимо будет активно охлаждать.

Да 1500 кг только для источника питания это не так уж и много. Но с 10 кВт электрической и 40 кВт тепловой, он позволит несколько более крупному вездеходу выполнять задачи с гораздо более высокой энергией, такие как фактическое бурение, экспериментальные установки высокой мощности и т. д.

110 Вт, с которыми должен бороться марсоход Perseverance, очень слабы, их едва хватает на его скудные энергетические потребности. И на самом деле, не соответствует потребностям марсохода, так как ему нужно постоянно распределять мощность между системами, и он просто не может поддерживать приличную температуру, за исключением самых важных систем.

Вы также должны различать пиковую и среднюю мощность. Просто снабдив ваше мобильное устройство достаточно большими батареями, вы получите существенную пиковую мощность для быстрого перемещения или выполнения любых других энергоемких задач.

Curiosity должен тащить свой радиоизотопный источник питания вместе с батареями из-за своей миссии, но для многих вещей, которые вы упомянули, это не потребуется. Будет вполне реально иметь большой стационарный источник энергии (либо солнечный, либо ядерный, других вариантов в ближайшем будущем действительно нет), заряжающий несколько мобильных платформ.

Аккумуляторы, а также регенеративные топливные элементы прекрасно подходят для отделения источника питания от места использования.

Mars Direct от Марсианского общества / Роберта Зубрина предложили использовать ISRU (использование ресурсов на месте) для производства метана и кислорода для питания большого и более быстрого пилотируемого вездехода внутреннего сгорания. Они также предложили посадочные модули в пределах досягаемости марсохода, чтобы обеспечить возможность резервного копирования. Т.е. если для следующей миссии есть вторая машина для возвращения на Землю, в пределах досягаемости марсохода, то есть резервная машина для возвращения для текущего экипажа.

Базовая станция с солнечной энергией для запуска процесса генерации метана/кислорода, действующая как заправочная станция, может быть одним из способов добраться до более мощных марсоходов на Марсе. В конечном итоге в игру вступят проблемы с масштабированием, поскольку ровер будет ограничен радиусом, равным половине радиуса действия марсохода.

Рядом с базой мог быть расположен ядерный реактор; похоронен, как в «Красном Марсе» Кима Стэнли Робинсона. Затем можно было выбрать маршрут, который проходил рядом или прямо рядом с выбранными исследовательскими объектами. Можно было выбрать средство для передачи тока от реактора к транспортному средству, когда оно двигалось по основному маршруту, обеспечивая электричеством для довольно быстрого, но безопасного движения, и в то же время полностью заряжая батареи марсохода.

Когда марсоход достиг точки выхода на основном маршруте, экипаж просто включил внутреннее питание и завершил свою миссию, вернувшись на основной маршрут, чтобы вернуться на базу.

Мне кажется, что размер и/или количество батарей будут гораздо меньшим ограничивающим фактором, чем использование солнечной энергии. Можно было бы создать машину, которая легко перевозила бы экипаж из 3 или 4 человек, а также большое количество снаряжения и снаряжения для длительных миссий, и делала бы это на довольно высокой скорости, по крайней мере, на участке, проходимом по основной подготовленной электрифицированной дороге. Ряд этих электрифицированных дорог может быть создан для удовлетворения любых требований миссии. Вдоль этих дорог также можно было бы разместить ряд вспомогательных атомных электростанций для обеспечения безопасности за счет резервирования, а также для питания аванпостов.

Выбор заглубленных атомных электростанций закономерен. С доступными и надежными миллионами ватт все становится намного проще.

Кроме того, не было бы отличной идеей превратить трилогию Кима Стэнли Робинсона в 3 основных фильма в то время, когда мы готовимся к действительному запуску программы. Думаю, KSR понравится эта идея, а фотографии помогут заручиться поддержкой и интересом к программе во всем мире.

В заключение, хотя я любил «Марсианина» и другие фильмы о полете на Марс, все они связаны с своего рода катастрофой и борьбой за возмещение ущерба и возвращение на Землю. Фактическая программа, вероятно, будет включать в себя посадку нескольких полезных грузов перед людьми и широкое использование робототехники до нашего прибытия для подготовки площадки, бурения для воды, раскопок и туннелей и некоторых строительных работ. Фактическое прибытие на Марс было бы почти рутинным, если бы не необычайные надежды и эмоции, связанные с этим событием.

Конечно, вероятно, будет одна, может быть, две "одиночные" посадки, успешные или нет, предшествующие вышеупомянутому событию, но медленный, полный подход, я думаю, лучше всего.

"Быстрый" марсоход, под которым, я полагаю, вы подразумеваете автомобильную скорость? Есть три потенциальных источника питания - Солнечная батарея с аккумулятором большой емкости - Ядерная электрическая двигательная установка, либо РИТЭГ, заряжающий батарею, либо реактор, питающий генератор. - Воздушно-независимая кислородная двигательная установка (AIP) - посмотрите на подводные лодки, которые используют топливные элементы или двигатель с бортовым окислителем.