Является ли энергия ветра жизнеспособным резервным источником энергии для Mars One?

Нет, не совсем.

1. Атмосфера Марса очень тонкая. Он имеет ниже 1% давления на Земле . Это означает, что он имеет менее 1% силы ветра на Земле с той же скоростью.
2. Ветер бывает только на рассвете или в сумерках. Ветер возникает, когда существует градиент давления между двумя областями атмосферы. Градиенты давления вызываются градиентами температуры и влажности. На Земле эти градиенты происходят в основном на побережьях, потому что, когда Солнце светит на океан, влажность повышается намного быстрее, а температура намного медленнее, чем когда оно светит на сушу. Океаны — одна из основных причин, почему погода на Земле настолько непредсказуема. Но на Марсе нет градиентов влажности, о которых можно было бы говорить, а градиенты температуры случаются только на закате или восходе солнца, поэтому вы получаете ветер только два раза в сол.

Дело не в том, что ветер нежизнеспособен, просто он менее жизнеспособен, чем другие источники энергии.

При такой малой части атмосферного давления Земли даже при больших скоростях ветра его недостаточно.

Энергия линейно зависит от давления, но зависит от квадрата скорости ветра; для ветряков на Земле оптимальная скорость ветра 50 км/ч; 200 км/ч на Марсе увеличили бы энергию в 16 раз.

К сожалению, типичное марсианское давление в 600 Па составляет 0,006 от среднего земного давления в 101 300 Па.

Комбинируя это, он устанавливает эффективность ветряной турбины на Марсе чуть меньше 10% от соответствующей турбины на Земле . Конечно, при более низкой гравитации и более низком ожидаемом давлении ветра конструкция может быть значительно легче, но все же не следует ожидать очень высокой производительности, и конструкция должна быть БОЛЬШОЙ, чтобы обеспечить сколько-нибудь значимое количество энергии.

OTOH, в то время как Марс на расстоянии 1,523679 а.е. получает только около 0,43 количества солнечного света, достигающего Земли, тонкая атмосфера блокирует и отражает гораздо меньше его, а это означает, что солнечные панели на Марсе примерно так же эффективны, как и на Земле.

Так что, аналогично использованию геотермальной энергии на Луне , - да, возможно , и нет, нецелесообразно .

Если солнечные панели с системами слежения имеют примерно ту же стоимость и сложность, что и ветряные турбины той же мощности на Земле, то на Марсе вы получите около 10% энергии, вырабатываемой солнцем, примерно при тех же затратах/усилиях или ту же энергию при 10-кратном увеличении. стоимость / усилия по сравнению с солнечной энергией. Может быть, чуть лучше, если бы турбины были оптимизированы специально для марсианских условий — но до безубыточности еще далеко.

Да, до некоторой степени. Несколько ключевых фактов:

1. В то время как атмосфера имеет 1% давления Земли, она состоит в основном из углекислого газа (MW = 44) намного больше, чем из азота (MW = 28). Таким образом, эффективное давление ветра при данной скорости ближе к 2% от земного.
2. Сила ветра увеличивается с кубом скорости ветра, которая может быть выше, чем у Земли.

Это было изучено , и в настоящее время считается, что небольшая способность использовать энергию ветра может помочь, когда солнечного света меньше, чем на экваторе. Технология была протестирована в аэродинамических трубах, имитирующих условия на Марсе, и была признана эффективной.

См. также эту статью .

Частичный ответ, это было бы намного сложнее, чем на Земле.

GIF: Ветреный день на Марсе, помните, что гравитация Марса меньше земной, поэтому ветер не такой сильный, как может показаться.

Архивировано из Telltale Procjet в Mars Simulation Laboratory: https://web.archive.org/web/20120220080017/http://www.marslab.dk/TelltaleProject.html

Заимствовано из (в настоящее время без ответа) Использовался ли контрольный сигнал на марсианском посадочном модуле Phoenix для метеорологии? Почему бы вместо этого не использовать анемометр с горячей проволокой?

Развитие Telltale

Давление воздуха на Марсе меньше 1% от земного, а это означает, что прибор должен был быть чрезвычайно чувствительным. Силы ветра составляют порядка нескольких миллионных долей ньютона (инструмент весит 20 граммов, что означает, что гравитационное притяжение составляет 0,2 ньютона). Этого удалось добиться, максимально облегчив активную часть прибора (около 10 тысяч граммов). После интенсивных испытаний, чтобы задокументировать, что эксперимент выдержит вибрации при запуске и посадке, он был откалиброван в аэродинамической трубе в Лаборатории моделирования Марса.

Мощность на единицу площади (Ватт/м^2) при ветре определяется как произведение плотности кинетической энергии на скорость:

он линейно пропорционален плотности и кубичен скорости.

Будет коэффициент извлечения порядка 0,59 или меньше. См. Предел Закона Бетца 16/27 в:

• https://www.raeng.org.uk/publications/other/23-ветряная турбина
• http://web.mit.edu/windenergy/windweek/Presentations/Wind%20Energy%20101.pdf

Таким образом, при давлении около 0,6% от земного или около 1% от плотности вам потребуется ветер в 5 раз быстрее, чтобы получить ту же мощность при той же эффективности извлечения.

Проблема в том, что потери из-за трения (механического и аэродинамического) и, возможно, большая сила, чтобы справиться с более длинными лопастями и/или более высоким натяжением при вращении, и, вероятно, очень низкая вероятность того, что ветер будет в 5 раз быстрее, чем на Земле, означает, что это не так. будет легко.

Однако могут быть и другие системы извлечения энергии, которые лучше подходят для Марса, чем те, которые оптимизированы для Земли.

ДА, во время марсианских пыльных бурь :

В то время как во всех других ответах обсуждаются ветровые условия в целом , они не указывают, что мощность ветра достигает пика именно тогда, когда резервная мощность требуется больше всего, во время частых марсианских пыльных бурь .

Эти штормы, уменьшающие солнечную энергию , вызваны ветрами, достигающими максимальной скорости 60 миль в час . Согласно ответу @uhoh , это было бы эквивалентно ветру со скоростью 12 миль в час в атмосфере Земли ( 60/5 = 12), что намного выше минимума для выработки энергии, особенно на планете с более низкой гравитацией, где легче построить большие ветряные турбины.

По словам ученого НАСА Эймса Майкла Флинна (из первой ссылки):

Только во время пыльных бурь на Марсе энергии ветра достаточно для работы ветряной турбины.

Энергия ветра (или ядерная, но удачи в запуске большого количества обогащенного урана из США) может быть жизненно важной для долгосрочного заселения Марса, дополняя солнечную энергию во время этих штормов.

Этот ответ на последний тау Opportunity был равен 10,8; что это значит и как определяется и измеряется тау? демонстрирует особенно сильную пыльную бурю на Марсе в 28-м марсианском году (2006-2007), когда оптическая толщина тау превышала 2 в течение почти 40 дней! Хотя батарей может хватить, скажем, на 16 часов, они вряд ли будут превышены в 60 раз, чтобы выдержать длительные глобальные пыльные бури.