Вернуться на орбиту с Марса - сколько км^2 солнечной энергии в год для производства достаточного количества топлива?

Точных цифр нет, но давайте немного прикинем...

Орбитальная скорость Марса составляет примерно 3,3 км/с. Ваша капсула дракона имеет массу около 8 тонн. Таким образом, вся ваша ракета должна весить около 50 тонн, чтобы достичь орбиты Марса. Для этого необходимо примерно 36 тонн метана/кислорода. Из них около 12 тонн составляет метан. Для получения 1 кг метана нам потребуется 50 МДж энергии.

Расстояние от Марса до Солнца в среднем составляет примерно 1,5 а.е. Таким образом, солнечная энергия, вырабатываемая на м², составляет около 44% от земной.

Около экватора в полдень вы получаете примерно 600 Вт/м² солнечного излучения. Из-за вращения планет вы можете использовать половину дня для выработки энергии, и она будет увеличиваться с восхода солнца до полудня, а затем уменьшаться до заката — вы можете увеличить это количество, раздвигая и вращая панели, поэтому давайте предположим, что мы получим эффективные 150 Вт. /м².

Если мы будем использовать действительно эффективные солнечные панели, мы, вероятно, сможем генерировать до 50 Вт/м². Вы, вероятно, можете преобразовать 60% этой энергии в топливо.

поэтому 12 000 * 50 МДж / 60% ~ 1 ТДж. При 50 Вт/м² это будет означать около 2 * 10^10 м² * с или 634 м² * год.

Это, конечно, еще не учитывает потери при хранении или сжатии топлива ... хотя со всеми предположениями вы можете получить в 10-50 раз больше этого числа.

Из Википедии я узнал, что 1 кг метана производится при использовании 700 Вт мощности в сутки.

По оценкам Case for Mars , для ERV требуется 82 тонны метана/жидкого кислорода, что предполагает запуск непосредственно на Землю. Из них около 22 тонн (20 метрических тонн) составляет метан. Это для возвращения корабля непосредственно на Землю, а не только на орбиту Марса.

Затем можно рассчитать общую потребляемую мощность. 20000/365=54,8 кг необходимого топлива в сутки. Это означает 38,3 кВт мощности в среднем в день. При той же эффективности, которую перечислил Адвенит, это около 767 м ^ 2 солнечных панелей для производства топлива в год. Конечно, у реальной миссии было бы 2 года, чтобы произвести топливо, по крайней мере, скорее 3 года. Это также потребует определенного количества охлаждения.

План Mars Direct требует отправки небольшого ядерного реактора порядка 80 кВт для обеспечения этой мощности. Он также предлагает некоторую солнечную энергию для резервных копий и удаленных сайтов. При расчетной мощности солнечных панелей в 1 тонну на 5 кВт это имеет смысл.