ДТО «ПОЛИТЕХНИКА»
Мобильная электростанция на солнечных панелях для работы на Марсе
На настоящий момент тема создания обитаемых баз на Марсе сохраняет свою актуальность. Все знают о планах частной корпорации по производству космической техники SpaceX отправить людей на Марс и построить долгосрочную базу. Генеральным директором SpaceX является Илон Маск. Штаб-квартира компании находится в городе Хоторне, Калифорния, США.
В 2022 году популяризатор межпланетных путешествий объявил, что начало марсианской экспедиции – 2029 год. Правда, сроки высадки человека на Марс постоянно сдвигаются. Илон Маск говорил, что у него есть амбиции построить тысячу космических кораблей за десять лет, чтобы к 2050 году переселить на планету миллион человек.
Но у будущих переселенцев будет большое количество проблем: проблемы перелета, слабая гравитация, разреженная атмосфера, смертельная радиации, токсичная почва, организация производства продуктов питания, ничтожное количество воды. Даже если удастся решить эти проблемы, Марс не станет землянам уютным домом.
Но есть еще самая важная нерешенная на настоящий момент проблема с энергетическим обеспечением.
Чтобы поддерживать человечество на такой негостеприимной планете, как Марс, нужно много энергии. В сравнении с Землёй Красная планета холодная, токсичная и безвоздушная. В первый период высадки людей на Красной планете для жизнеобеспечения и начала работы сразу потребуется источник энергии. Скорее всего, это будет мощный ровер — передвижная электростанция. Такая машина с первых дней пребывания поселенцев будет поддерживать системы жизнеобеспечения, позволит людям начать работу по возведению временных жилищ и стационарной электростанции.
Кроме того, в дальнейшем после возведения стационарной электростанции мобильная электростанция может быть нужна для обеспечения работы машин, перемещающихся с места на место для выполнения какой-либо строительной или исследовательской работы и не имеющих собственных солнечных панелей в силу особенностей выполняемой работы (ЗД –принтеры для печати сооружений из марсианского бетона, строительные бульдозеры, экскаваторы и др.). Солнечные панели таким машинам будут мешать работать.
Конечно, такие машины будут работать на электрических аккумуляторах и, если не будет рядом передвижной электростанции, им придется возвращаться для их замены или подзарядки аккумуляторов на базу к месту стационарной электростанции. Но это потребует дополнительной энергии и времени. Гораздо удобнее иметь на месте работы передвижную электростанцию, которая в светлое время суток запасает электроэнергию, а в темное время суток, когда люди отдыхают, подзаряжает аккумуляторы строительных машин.
Актуальность создания обитаемых баз на Марсе и, при этом, объективная проблема с их энергетическим обеспечением определили выбор темы моего проекта «Мобильная электростанция на солнечных панелях для работы на Марсе».
Для достижения этой цели мне пришлось решать следующие задачи: изучить принцип работы электростанций на солнечных панелях, разработать принцип защиты солнечных панелей в период пылевых бурь, разработать принцип изменения угла наклона солнечных панелей в зависимости от положения солнца, разработать концептуальную конструкцию мобильной электростанции.
Требования, предъявляемые к роверу — электростанции.
1. Такая машина должна быть повышенной грузоподъемности. Хотя на Марсе гравитация и много меньше, чем на Земле, но все механическое и электрическое оборудование будет весить достаточно много. Значит, машина должна быть с мощными двигателями.
2. Машина должна быть с хорошей проходимостью. Колеса должны быть достаточно большого диаметра и широкие.
3. Машина должна быть полно приводной, чтобы можно было проехать по бездорожью.
4. Кабина должна быть защищена от радиации.
5. Кабина должна быть герметичной, т.к. на Марсе нет атмосферы пригодной для дыхания людей.
6. Ровер должен иметь видеокамеру и антенну для связи с центром управления на Марсе и с Землей.
Но есть еще одна проблема. Используемые в настоящий момент на Марсе непилотируемые роверы, т.е. марсоходы, очень страдают от того, что поверхность солнечных панелей засоряется марсианской пылью, очистить которую не всегда удается. Из-за этого марсоход получает только одну четвертую часть энергии, которую мог бы получить. Значит, в моменты, когда начинают дуть сильнейшие пыльные ветра, закрывающие солнце, да еще засоряющие солнечные панели, нужно эти самые панели как-то спрятать на время действия пылевой бури. Пока никто из разработчиков марсоходов не сделал этого.
Мои инновации. Мы разработали такой ровер, который удовлетворяет всем требованиям, перечисленным выше. Особо необходимо отметить солнечные панели ровера. Их всего 3. Одна стационарная, расположена на крыше ровера. Она всегда находится в горизонтальном положении. Две другие панели, расположенные по бокам, могут изменять свое положение на любой угол в зависимости от ситуации:
1. Если роверу требуется ехать к месту работы потребителей с достаточно большой скоростью, то панели опускаются в вертикальное положение. Это уменьшает до минимума сопротивление. Такое же положение панели автоматически принимают при приближении пылевой бури. Тогда пыль будет просто съезжать с панелей.
2. Известно, что максимальную энергию от солнечных панелей можно получить, если солнечные лучи падают вертикально на панель. Это бывает только тогда, когда солнце находится в зените. В это время боковые солнечные панели автоматически поднимутся в горизонтальное положение. В утренние и в вечерние часы, когда солнце находится низко над горизонтом, боковые панели будут изменять угол своего подъема в зависимости от положения солнца, для того, чтобы его лучи падали на панели под углом 90 градусов.
Функциональные возможности модели:
1. Движение модели вперед и назад с помощью электроприводов.
2. Поворот модели влево и вправо на любой угол с помощью электроприводов.
3. Подъем и опускание боковых солнечных панелей на любой угол независимо друг от друга с помощью электроприводов.
4. Поворот в любую сторону стойки с антенной с помощью электропривода.
5. Поворот в любую сторону стойки с видеокамерой с помощью электропривода.
6. Световые эффекты – включающиеся фары.
Модель выполнена из картона толщиной 1 мм, некоторые детали – в несколько слоев. Окрашена акриловыми красками.
Функциональные возможности модели демонстрируются с помощью пульта управления с тумблерами. Корпус пульта управления – картонная коробка – параллелепипед. В качестве источника энергии – плоские батарейки.
Класс!