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

افرادی مانند ری برادبری، کیم استنلی رابینسون، اندی وییر نویسندگان داستان‌های علمی تخیلی و خالقان سریال The Expanse همواره درمورد ساخت سکونت‌های کارآمد در مریخ رؤیاپردازی کرده‌اند؛ اما اکنون ناسا و سازمان فضایی اروپا قصد دارند در دو دهه‌ی آینده فضانوردان خود را به سیاره‌ی سرخ بفرستند و حتی شرکت‌های خصوصی همچون اسپیس ایکس و مدیرعامل آن ایلان ماسک نیز از فرستادن انسان به مریخ سخن می‌گویند. شاید اکنون وقت آن است به طرح سؤال‌های عملی بپردازیم، سؤال‌هایی که جواب به آن‌ها می‌تواند مسیر تحقق این رویای بشری را هموار کند.

یکی از بزرگ‌ترین‌ سؤال‌ها این است: چه چیزی انرژی سکونتگاه‌های آتی مریخ را تأمین خواهد کرد؟ دو دانشجوی مهندسی دانشگاه کالیفرنیا به نام‌های آنتونی ابل و آرون برلینر برای یافتن پاسخ این سؤال به‌ظاهر ساده چهار سال زمان صرف کرده‌اند.

این دو محقق و همکاران آن‌ها با انتشار یافته‌های مطالعه‌ی خود در ژورنال Frontiers in Astronomy and Space Sciences این‌طور استدلال می‌کنند که هر کدام از منابع انرژ‌ی هسته‌ای و خورشیدی می‌توانند انرژی لازم برای مأموریت‌های سرنشین‌دار طولانی‌مدت در مریخ را تأمین کنند. اما فضانوردان ساکن در مریخ در مأموریت برپایی سکونت‌گاه در سیاره‌ای غیر از زمین با محدودیت‌هایی مواجه خواهند شد؛ از جمله این‌که آن‌ها تا چه اندازه خواهند توانست تجهیزات سنگین را از زمین به مریخ منتقل کنند و از سویی پنل‌های خورشیدی بعد از نصب در سطح مریخ تا چه اندازه می‌توانند انرژی الکتریکی تولید کنند و درصورت نبود نور خورشید تا چه اندازه می‌توانند انرژی ذخیره کنند. ابل درمورد نتایج مطالعه‌ی خود می‌گوید:

به این بستگی دارد که در کجای مریخ باشید. به‌نظر می‌رسد در نزدیک خط استوا انرژی خورشیدی بهتر جواب می‌دهد و در نزدیکی قطب‌های مریخ انرژی هسته‌ای بازده بیشتری خواهد داشت.

مهندسان محاسبات خود در مورد میزان انرژی مورد نیاز سکونت‌گاه در سطح مریخ را برمبنای یک مأموریت شش نفره انجام داده‌اند. فضانوردان برای ساخت چنین پایگاه دورافتاده‌ای ابتدا باید تقریباً تمام تجهیزات موردنیاز خود را از زمین بیاورند، تجهیزاتی مانند سلول‌های فتوولتاییک (PV)، بسته‌های باتری و رآکتورهای هسته‌ای برای تولید انرژی لازم برای زنده ‌ماندن در مریخ.

درواقع می‌تواند گفت شکل مأموریت‌های سرنشین‌دار به‌مریخ به میزان توانایی موشک‌ها در حمل بار بستگی خواهد داشت، چیزی که ابل و برلینر به آن جرم ترابردی می‌گویند. ابل در این‌مورد می‌گوید:

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

مهندسان در مطالعه‌ی خود به محاسبه‌ی انرژی تولیدشده توسط نیروگاه‌های هسته‌ای 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، به‌خصوص در نزدیکی خط استوا، جائی که اکثر سطح‌نشین‌ها و مریخ‌نوردها تاکنون در آنجا فرود آمده‌اند، انرژی خورشیدی از نوع فوتوولتاییک عملکرد بهتری نسبت به سایر انواع انرژی خورشیدی دارد و برای تولید انرژی لازم برای یک سکونت‌گاه شش نفره از این منبع انرژی تنها به انتقال ۸/۳ تن جرم ترابردی نیاز است.

اما اگر قرار باشد پایگاه مریخی در جایی دور از نواحی استوایی و نزدیکی قطب‌های 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 به‌دور خورشید نسبت به مدار زمین بیضوی‌تر است، بنابراین در برخی مواقع سال نور خورشید کمتری به سلول‌های فوتوولتاییک خواهد رسید. از این‌ رو در نزدیکی قطب‌ها استفاده از انرژی هسته‌ای بصرفه‌تر خواهد بود.

درواقع برای تولید همان ۴۰ کیلووات انرژی ازطریق نیروگاه هسته‌ای به ۹/۵ تن تجهیزات تولید انرژی نیاز خواهد بود. موشک‌های غول‌پیکر نسل جدید ناسا یعنی سیستم پرتاب فضایی و موشک‌های استارشیپ و سوپرهووی متعلق به شرکت اسپیس ایکس، هرکدام توانایی حمل محموله‌های چندده‌تنی به اعماق فضا را دارند و می‌توانند از پس انتقال محموله‌ها‌ی تجیهزات تولید انرژی به مریخ برآیند. همچنین قطب‌های سیاره‌ی سرخ دارای یخ است و می‌تواند به‌عنوان منبع تأمین آب فضانوردان مورد استفاده قرار گیرد.

هر یک از فناوری‌های تولید انرژی مزایا و معایب خود را دارد، موضوعی که به‌خوبی در سطح‌نوردهای مریخی به‌روشنی دیده شد. مهندسان باید به یک توازن بین پارامترهای جرم ترابردی، نیازهای ذخیره‌سازی و نوع سیستم‌های انرژی دست یابند، به‌خصوص سیستم‌هایی که بتوانند نیاز مستمر به انرژی را با وجود نوسانات سطح دسترسی به نور خورشید برآورده کنند.

آنگلادا اسکوده با یافته‌های 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 هسته‌ای باشد. او تصریح می‌کند:

جمع‌بندی ما این است که باید هم انرژی خورشیدی و هم انرژی هسته‌ای داشته باشیم. در این‌جا سرسختی و توانایی غلبه بر شرایط دشوار مطرح است. شرایط در مریخ به‌شکل‌های بی‌شماری 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 مطالعه‌ی میزان درخشش خورشید در قسمت‌های مختلف سطح مریخ و یافتن بهترین مکان برای بهره‌گیری از انرژی خورشیدی تأکید می‌کند. او می‌گوید که ذرات گردوغبار و یخ می‌تواند بر میزان رسیدن نور خورشید به سطح مریخ اثر بگذارد. واسکز پومبو سال پیش مقاله‌ای درمورد بهره‌گیری از سیستم‌های توان از نوع هیبریدی برای انرژی‌بخشی به سکونت‌های مریخی دائمی منتشر کرد.

بنا به پیشنهاد پومبو در این سیستم‌ها از ترکیب آرایه‌های فوتوولتاییک و ذخیره‌سازی الکتریسیته برای دستیابی به جریان پایدار انرژی استفاده می‌شود. یکی از دلایل دیگر برای استفاده‌ی هم‌زمان از چند منبع انرژی، دشواری‌های نگه‌داری از سیستم‌های انرژی و خطرهایی است که فضانوردان هنگام تعمیر سیستم‌ها ممکن است با آن‌ها روبه‌رو شوند. پومبو می‌گوید:

آیا واقعاً می‌شود تنها به یک فناوری اعتماد کرد؟ اگر یک اشتباه سیستماتیک یا اشکال طراحی داشته باشد چه‌ کار می‌توان کرد؟ تنوع‌بخشی یک ایده‌ی هوشمندانه است، نباید تمام تخم‌مرغ‌ها را در یک سبد گذاشت.

محاسبه‌ی میزان انرژی موردنیاز مأمورت‌‌های سکونت‌ در مریخ و روش‌های مختلف تأمین آن به تعداد فضانوردان و مدت‌زمان اقامت آن‌ها در سیاره‌ی سرخ بستگی دارد، فضانوردان ممکن است چند ماه مهمان مریخ باشند یا حتی یک‌ سال در آنجا بمانند. همچنین نباید احتمال ساخت اقامتگاه‌های دائمی برای بازدیدکنندگان درازمدت را از ذهن دور نگه داشت. آنگلادا اسکوده می‌گوید:

فناوری پنل‌های خورشیدی تقریباً ساده است و با در نظر گرفتن اقامت طولانی‌مدت گزینه‌ی انرژی خورشیدی جذاب‌تر به‌نظر می‌رسد. شاید به آینه‌های بیشتری نیاز باشد؛ اما این کار عملی است. پیدا کردن اورانیوم با کیفیت مناسب رآکتور هسته‌ای در مریخ کار راحتی نیست. نور خورشید دردسترس است، ایمن است و می‌دانیم 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 می‌گوید ساکنان آتی مریخ باید با معضلات پیچیده‌ی مالی و اجتماعی نیز دست‌وپنجه نرم کنند. بااین‌حال حداقل زمانی که پیشگامان سکونت فرازمینی به مریخ می‌رسند خواهند دانست که چطور چراغ‌ها را روشن نگه دارند.