¿Cuántos vatios de electricidad están disponibles para los sistemas durante un tránsito de Marte?

No existe un límite teórico sobre la cantidad de energía que puede estar disponible durante el tránsito de Marte.

Los sistemas de generación de energía normalmente se dimensionan para el caso operativo que requiere la mayor demanda durante toda la misión. Para la mayoría de las misiones robóticas a Marte a la superficie, se puede esperar que esto ocurra durante las fases de operaciones en la superficie. El consumo de energía durante el crucero suele ser bajo, ya que la mayoría de los sistemas de la nave espacial suelen estar apagados o en modo de espera.

Si la misión usa un RTG para generar energía en la superficie, tiene sentido usar también la energía que genera para mantener viva la nave espacial durante el crucero. Si quisiera aumentar la energía generada durante el crucero, podría hacerlo llevando RTG adicionales a bordo. Por supuesto, hay un costo asociado con esto (tanto financiero como en términos de masa/volumen de recursos disponibles).

Sin embargo, no todas las misiones de superficie llevan RTG. En este caso, los paneles solares se pueden usar para generar energía para la etapa de crucero durante el tránsito a Marte.

Los RTG proporcionarán una potencia de salida constante que disminuirá gradualmente con el tiempo. La energía generada por los paneles solares variará durante el tránsito a medida que aumenta la distancia del sol. Podemos estimar esto ya que sabemos que a). el flujo solar en la Tierra es de unos 1360 W/m2 b). la ley del inverso del cuadrado nos dice aproximadamente cuánto disminuirá el flujo solar con la distancia al sol y c). Se puede suponer que los paneles solares basados ​​en el espacio tienen una eficiencia de conversión de ~28%. Teniendo esto en cuenta, podemos aproximarnos a la cantidad de energía que nuestra etapa de crucero podría generar por cada m ^ 2 de área de paneles solares que transporta:

Tenga en cuenta cómo variará la potencia disponible en la órbita de Marte debido a la excentricidad de su órbita alrededor del sol (que varía entre ~1,38 AU y ~1,66 AU).

Como se mencionó, para la mayoría de las misiones, la demanda de energía durante el crucero no es especialmente alta. Sin embargo, este podría no ser el caso si se usa propulsión eléctrica (EP) para el tránsito a Marte, ya que se necesita energía para empujar continuamente.

Como ejemplo, considere el Earth Return Orbiter (ERO) de la ESA que se está desarrollando para la campaña Mars Sample Return con la NASA. Está planeando utilizar un sistema EP de alta capacidad para el tránsito a Marte y de regreso. Este enlace de Airbus (el contratista principal de la misión) afirma que ERO se está diseñando con un panel solar de 144 m^2. Usando el gráfico anterior, podemos estimar que esto debe ser capaz de producir alrededor de 50 kW en el rango solar de la Tierra y alrededor de 20 kW en el rango solar más lejano de Marte. ¡Un poco más de poder que en los ejemplos citados en su pregunta!

No, no está sujeto a dichos límites. En la órbita de Marte, puede esperar alrededor de 600 W/m^2 de radiación solar. Si bien los paneles solares son menos efectivos, siguen siendo significativamente más eficientes en términos de W/KG mientras están en órbita o en vuelo libre.

Si eso no es suficiente, algo como Kilopower https://en.m.wikipedia.org/wiki/Kilopower bien podría ser adecuado.

La verdadera pregunta es... ¿cuánta potencia necesitas realmente mientras vuelas libremente? ¿Puedes permitirte la masa requerida?