آیا انرژی‌های خورشیدی و هسته‌ای برای مریخ‌نشینان آینده کافی خواهند بود؟

افرادی مانند ری برادبری، کیم استنلی رابینسون، اندی وییر نویسندگان داستان های علمی تخیلی و خالقان سریال The Expanse همواره درمورد ساخت سکونت های کارآمد در مریخ رؤیاپردازی کرده اند؛ اما اکنون ناسا و سازمان فضایی اروپا قصد دارند در دو دهه ی آینده فضانوردان خود را به سیاره ی سرخ بفرستند و حتی شرکت های خصوصی همچون اسپیس ایکس و مدیرعامل آن ایلان ماسک نیز از فرستادن انسان به مریخ سخن می گویند. شاید اکنون وقت آن است به طرح سؤال های عملی بپردازیم، سؤال هایی که جواب به آن ها می تواند مسیر تحقق این رویای بشری را هموار کند.

یکی از بزرگ ترین سؤال ها این است: چه چیزی انرژی سکونتگاه های آتی مریخ را تأمین خواهد کرد؟ دو دانشجوی مهندسی دانشگاه کالیفرنیا به نام های آنتونی ابل و آرون برلینر برای یافتن پاسخ این سؤال به ظاهر ساده چهار سال زمان صرف کرده اند.

این دو محقق و همکاران آن ها با انتشار یافته های مطالعه ی خود در ژورنال Frontiers in Astronomy and Space Sciences این طور استدلال می کنند که هر کدام از منابع انرژ ی هسته ای و خورشیدی می توانند انرژی لازم برای مأموریت های سرنشین دار طولانی مدت در مریخ را تأمین کنند. اما فضانوردان ساکن در مریخ در مأموریت برپایی سکونت گاه در سیاره ای غیر از زمین با محدودیت هایی مواجه خواهند شد؛ از جمله این که آن ها تا چه اندازه خواهند توانست تجهیزات سنگین را از زمین به مریخ منتقل کنند و از سویی پنل های خورشیدی بعد از نصب در سطح مریخ تا چه اندازه می توانند انرژی الکتریکی تولید کنند و درصورت نبود نور خورشید تا چه اندازه می توانند انرژی ذخیره کنند. ابل درمورد نتایج مطالعه ی خود می گوید:

به این بستگی دارد که در کجای مریخ باشید. به نظر می رسد در نزدیک خط استوا انرژی خورشیدی بهتر جواب می دهد و در نزدیکی قطب های مریخ انرژی هسته ای بازده بیشتری خواهد داشت.

مهندسان محاسبات خود در مورد میزان انرژی مورد نیاز سکونت گاه در سطح مریخ را برمبنای یک مأموریت شش نفره انجام داده اند. فضانوردان برای ساخت چنین پایگاه دورافتاده ای ابتدا باید تقریباً تمام تجهیزات موردنیاز خود را از زمین بیاورند، تجهیزاتی مانند سلول های فتوولتاییک (PV)، بسته های باتری و رآکتورهای هسته ای برای تولید انرژی لازم برای زنده ماندن در مریخ.

درواقع می تواند گفت شکل مأموریت های سرنشین دار به مریخ به میزان توانایی موشک ها در حمل بار بستگی خواهد داشت، چیزی که ابل و برلینر به آن جرم ترابردی می گویند. ابل در این مورد می گوید:

آوردن تجهیزات از زمین به مریخ کار مشکل و پرهزینه ای است، بنابراین باید تلاش کنید تا میزان بار را به حداقل برسانید.

مهندسان در مطالعه ی خود به محاسبه ی انرژی تولیدشده توسط نیروگاه های هسته ای و خورشیدی و این که میزان انرژی تولیدشده توسط منابع مختلف مستلزم انتقال چه میزان جرم ترابردی به مریخ است، پرداختند. محققان دریافتند که در بیش از ۵۰ درصد از سطح مریخ، به خصوص در نزدیکی خط استوا، جائی که اکثر سطح نشین ها و مریخ نوردها تاکنون در آنجا فرود آمده اند، انرژی خورشیدی از نوع فوتوولتاییک عملکرد بهتری نسبت به سایر انواع انرژی خورشیدی دارد و برای تولید انرژی لازم برای یک سکونت گاه شش نفره از این منبع انرژی تنها به انتقال ۸/۳ تن جرم ترابردی نیاز است.

دستیابی به میزان تناژ پايین از جرم ترابردی به لطف پیشرفت های صورت گرفته در ساخت پنل های خورشیدی سبک وزن میسر شده است. از بین سه نوع انرژی خورشیدی مورد مطالعه، پنل های الکترولیز با قابلیت ذخیره ی هیدروژن فشرده نسبت به دو نوع دیگر بازده بیشتری داشته است. یک منبع انرژی خورشیدی از این نوع می تواند ۴۰ کیلووات برق تولید کند که برای تأمین روشنایی و گرما، به حرکت درآوردن مریخ نوردها و تولید اکسیژن برای تنفس و کود لازم برای پرورش محصولات کشاورزی و البته سوخت متان برای مأموریت بازگشت به زمین کافی خواهد بود.

اما اگر قرار باشد پایگاه مریخی در جایی دور از نواحی استوایی و نزدیکی قطب های مریخ ساخته شود، میزان وزن تجهیزات خورشیدی برای تولید همان مقدار انرژی به بیش از ۲۰ تن خواهد رسید. گفتنی است محور گردش مریخ ۲۵ درجه انحراف دارد که کمی بیش از انحراف محور گردش زمین است، همچنین مدار گردش مریخ به دور خورشید نسبت به مدار زمین بیضوی تر است، بنابراین در برخی مواقع سال نور خورشید کمتری به سلول های فوتوولتاییک خواهد رسید. از این رو در نزدیکی قطب ها استفاده از انرژی هسته ای بصرفه تر خواهد بود.

درواقع برای تولید همان ۴۰ کیلووات انرژی ازطریق نیروگاه هسته ای به ۹/۵ تن تجهیزات تولید انرژی نیاز خواهد بود. موشک های غول پیکر نسل جدید ناسا یعنی سیستم پرتاب فضایی و موشک های استارشیپ و سوپرهووی متعلق به شرکت اسپیس ایکس، هرکدام توانایی حمل محموله های چندده تنی به اعماق فضا را دارند و می توانند از پس انتقال محموله ها ی تجیهزات تولید انرژی به مریخ برآیند. همچنین قطب های سیاره ی سرخ دارای یخ است و می تواند به عنوان منبع تأمین آب فضانوردان مورد استفاده قرار گیرد.

هر یک از فناوری های تولید انرژی مزایا و معایب خود را دارد، موضوعی که به خوبی در سطح نوردهای مریخی به روشنی دیده شد. مهندسان باید به یک توازن بین پارامترهای جرم ترابردی، نیازهای ذخیره سازی و نوع سیستم های انرژی دست یابند، به خصوص سیستم هایی که بتوانند نیاز مستمر به انرژی را با وجود نوسانات سطح دسترسی به نور خورشید برآورده کنند.

گولم آنگلادا اسکوده، اخترشناس مؤسسه ی علوم فضایی در بارسلونا می گوید تنها در طول روزهای مریخی میزان قابل توجهی نور خورشید به سطح سیاره می رسد، البته آن هم در شرایطی که گردوغبار و ابرهای متشکل از ذرات مسیر نور خورشید را مسدود نکنند. گفتنی است آنگلادا اسکوده عضو انجمن شبکه ی فراجهانی پایدار است. محققان، مهندسان و معماران در این انجمن دور هم جمع می شوند تا به مطالعه ی نحوه ی عملکرد پایدار سکونت گاه های فرازمینی در مریخ یا در دیگر جهان ها بپردازند.

آنگلادا اسکوده با یافته های ابل و برلینر موافق است. او هم معتقد است که نگاه ما نباید تنها معطوف به استفاده از تنها یکی از منابع انرژی خورشیدی یا هسته ای باشد. او تصریح می کند:

جمع بندی ما این است که باید هم انرژی خورشیدی و هم انرژی هسته ای داشته باشیم. در این جا سرسختی و توانایی غلبه بر شرایط دشوار مطرح است. شرایط در مریخ به شکل های بی شماری ممکن است به سمت بدتر شدن پیش برود. بهترین گزینه داشتن منابع متعدد تولید انرژی است.

دنییل واسکز پومبو، مهندس انرژی در دانشگاه فناوری دانمارک نیز بر اهمیت مطالعه ی میزان درخشش خورشید در قسمت های مختلف سطح مریخ و یافتن بهترین مکان برای بهره گیری از انرژی خورشیدی تأکید می کند. او می گوید که ذرات گردوغبار و یخ می تواند بر میزان رسیدن نور خورشید به سطح مریخ اثر بگذارد. واسکز پومبو سال پیش مقاله ای درمورد بهره گیری از سیستم های توان از نوع هیبریدی برای انرژی بخشی به سکونت های مریخی دائمی منتشر کرد.

بنا به پیشنهاد پومبو در این سیستم ها از ترکیب آرایه های فوتوولتاییک و ذخیره سازی الکتریسیته برای دستیابی به جریان پایدار انرژی استفاده می شود. یکی از دلایل دیگر برای استفاده ی هم زمان از چند منبع انرژی، دشواری های نگه داری از سیستم های انرژی و خطرهایی است که فضانوردان هنگام تعمیر سیستم ها ممکن است با آن ها روبه رو شوند. پومبو می گوید:

آیا واقعاً می شود تنها به یک فناوری اعتماد کرد؟ اگر یک اشتباه سیستماتیک یا اشکال طراحی داشته باشد چه کار می توان کرد؟ تنوع بخشی یک ایده ی هوشمندانه است، نباید تمام تخم مرغ ها را در یک سبد گذاشت.

محاسبه ی میزان انرژی موردنیاز مأمورت های سکونت در مریخ و روش های مختلف تأمین آن به تعداد فضانوردان و مدت زمان اقامت آن ها در سیاره ی سرخ بستگی دارد، فضانوردان ممکن است چند ماه مهمان مریخ باشند یا حتی یک سال در آنجا بمانند. همچنین نباید احتمال ساخت اقامتگاه های دائمی برای بازدیدکنندگان درازمدت را از ذهن دور نگه داشت. آنگلادا اسکوده می گوید:

فناوری پنل های خورشیدی تقریباً ساده است و با در نظر گرفتن اقامت طولانی مدت گزینه ی انرژی خورشیدی جذاب تر به نظر می رسد. شاید به آینه های بیشتری نیاز باشد؛ اما این کار عملی است. پیدا کردن اورانیوم با کیفیت مناسب رآکتور هسته ای در مریخ کار راحتی نیست. نور خورشید دردسترس است، ایمن است و می دانیم که از آن چطور استفاده کنیم.

درنهایت باید گفت زندگی در شرایط ناهنجار مریخ از زندگی در تمام نقاط زمین دشوارتر خواهد بود. مشکلات علمی و فناوری تنها نیمی از داستان هستند. ابل می گوید ساکنان آتی مریخ باید با معضلات پیچیده ی مالی و اجتماعی نیز دست وپنجه نرم کنند. بااین حال حداقل زمانی که پیشگامان سکونت فرازمینی به مریخ می رسند خواهند دانست که چطور چراغ ها را روشن نگه دارند.