¿Se pueden limpiar los paneles solares del módulo de aterrizaje/rover de Marte?

Un comentario de SF. con respecto al módulo de aterrizaje InSight Mars me llamó la atención:

Realmente, realmente me pregunto por qué no incluyeron un pequeño compartimento con un cepillo para polvo que se puede sujetar con el brazo robótico.

El polvo en los paneles solares es un problema importante para los módulos de aterrizaje en Marte sin un RTG , e InSight tiene un brazo robótico. Por lo tanto, agregar un cepillo de algún tipo (ya sea fijado al brazo o que se pueda agarrar) parece una buena idea. No se ha hecho y (AFAIK) ningún otro módulo de aterrizaje tuvo esto tampoco, nunca.

¿Cuál podría ser la razón de no incluir un cepillo? ¿Simple descuido o hay problemas peores que tener polvo en los paneles solares?

(Pregunta secundaria: ¿Funcionaría un ventilador en la atmósfera delgada para eliminar la mayor parte del polvo?)

Echa un vistazo a esto: en.wikipedia.org/wiki/Cleaning_event
@MarkusAppel: Gracias, estoy al tanto de esto, pero no se puede confiar en estos eventos. Hasta donde yo sé, no puedes predecir cuándo ocurrirá uno o qué tan fuerte será. Poder limpiar los paneles cuando es necesario me parece una buena idea.
El brazo robótico debe poder agarrar y sostener el cepillo para polvo y alcanzar el área completa de todos los paneles solares. Esto aumentaría la complejidad y el peso del brazo robótico. La limpieza frecuente de polvo muy abrasivo dañaría la superficie de los paneles solares. Los eventos de limpieza por vientos marcianos no se pudieron evitar pero son menos abrasivos.
@JCRM: Buena captura, mi pregunta es un duplicado casi exacto de ¿Se podrían instalar plumeros en paneles solares en un módulo de aterrizaje en Marte? (con la única diferencia de cómo se debe limpiar el polvo).
1. No es necesario que toda el área de los paneles solares esté al alcance. Una solución parcial sigue siendo mejor que ninguna. (además, el cepillo podría ser largo, piense en "alambre delgado y flexible con plumas"). 2. La limpieza no necesitaría ser más frecuente que los eventos de limpieza; trátela más como una contingencia que como un procedimiento estándar. 3. El brazo robótico ya tiene un 'cerrojo' estándar para los dos dispositivos que debe desplegar. No habría que inventar nada nuevo.
La sección de respuesta de @SF está debajo.
La limpieza parcial de los paneles solares podría no ayudar. Si se conectan varias celdas en serie para aumentar el voltaje, la celda con más polvo limita la corriente de toda la cadena.
@Uwe: Me sorprendería mucho si los ingenieros tan obsesionados con la seguridad, la redundancia y la robustez se arriesgaran a que toda la misión en una sola celda se estropeara. Por cierto, en cuanto a la interferencia con los experimentos, creo que la falta de energía interferiría más.
@SF. ver el sistema eléctrico de la ISS . El voltaje de los paneles solares en el punto de máxima potencia es de aproximadamente 160 V. Este voltaje solo es posible con muchas celdas conectadas en serie.
Pensaría que (dado que no hay humedad y, por lo tanto, muy poca adherencia), dar la vuelta a los paneles solares sería más fácil y mejor que barrerlos.
¿Estarían cubiertos de... (espera...) @DarkDust?
@SF. Consulte este artículo de la NASA sobre los efectos de las sombras en una serie de células solares en paralelo.
@Uwe: Lo vi e intenté ver cómo están conectados los paneles. En primer lugar, los paneles no quedan cubiertos al 100 % por el polvo, y luego, al descubrir incluso la mitad de un segmento conectado en serie, se produce un aumento considerable del voltaje. Los que se oponen a la solución se concentran en comparar su debilidad con los paneles que funcionan al 100 %. Lo comparo con los efectos de no hacer nada.
Creo que un secador de pelo podría ser muy eficiente. (Sin la parte de calefacción, por supuesto).
no es exactamente un cepillo, pero es la eliminación mecánica de polvo por algo que de alguna manera fue manipulado por primera vez por el módulo de aterrizaje: space.stackexchange.com/a/52516/12102
Creo que un limpiaparabrisas haría el truco. Es barato, seguro y también fiable. Un ventilador no funcionaría tan bien.

Respuestas (3)

Razones para no proporcionar medios mecánicos para limpiar paneles solares en Marte:

  1. y esta es la razón principal: el viento en Marte ocasionalmente se lleva el polvo. Esto significa que el polvo no es un problema importante, sino uno menor. Spirit y Opportunity funcionaron durante años a pesar de no tener equipo de eliminación de polvo.
  2. Las operaciones mecánicas son costosas: acaba de agregar una serie de operaciones que deben diseñarse y probarse para evitar dañar los paneles solares y evitar interferencias con los experimentos. También ha agregado peso y complejidad que consumen su presupuesto.
  3. El polvo seco es abrasivo. Es muy fácil rayar los paneles solares.
  4. El polvo de Marte es diminuto, más parecido al humo de un cigarrillo que a las partículas que reconocemos como polvo. Cualquier imperfección en el cepillo hará que quede polvo en los paneles solares.
  5. Basado en mis propios experimentos, un ventilador no funciona bien: tan pronto como comiences a soplar el polvo, habrá una nube alrededor del rover que será succionada por el ventilador.

La NASA está investigando tecnologías que puedan limpiar un panel solar. Esto ha sido identificado como una tecnología habilitadora para misiones tripuladas a Marte . Evidentemente, la NASA no ve esto como una necesidad para las misiones robóticas hasta InSight inclusive.
Se están explorando estas 2 opciones :

  1. Limpieza electrostática: aprovecha la carga estática de las partículas de polvo. Al crear un campo EM, el polvo se puede mover al borde del panel.

El sistema aprovecha el hecho de que la mayoría de las partículas de polvo, particularmente en ambientes secos, tienen carga eléctrica. Un material de electrodo transparente, como el óxido de indio y estaño, envía una corriente alterna a la superficie superior del panel. A medida que oscila entre la carga positiva y la negativa, crea un campo eléctrico que repele las partículas con carga positiva y negativa. El campo eléctrico también ayuda a impartir una carga a las partículas de polvo sin carga, lo que les permite ser rápidamente repelidas cuando entran en contacto con el panel. Los investigadores han diseñado el sistema de manera que el campo eléctrico se abre camino de un lado al otro del panel solar, moviendo gradualmente el polvo hasta que se cae.

... por lo general, solo necesita estar encendido entre dos y cinco minutos al día,

El documento de 2012 sobre las pruebas iniciales con un panel prototipo mostró resultados prometedores.

  1. Vibración: elimina el polvo sacudiendo todo el panel.

El uso de vibraciones es más simple y requiere menos modificaciones en el panel solar, dice. Pero no elimina las partículas finas tan bien como el enfoque del campo eléctrico.

Aparte de eso, Wikipedia ha registrado que el panel solar de Spirit se benefició coincidentemente de remolinos de polvo: el 9 de marzo de 2005 (probablemente durante la noche marciana), la eficiencia del panel solar del rover saltó del ~60% original al 93%, seguido el 10 de marzo. , por el avistamiento de remolinos de polvo. Los científicos de la NASA especulan que un diablo de polvo debe haber limpiado los paneles solares, posiblemente extendiendo significativamente la duración de la misión.
@BoostedNub - ¡Buen punto! Si bien eso demuestra que los vientos en Marte pueden ser beneficiosos, lo primero que pensé fue: "Vaya, ¿del 60 al 93 % gracias al viento? ¿Por qué no poner un brazo físico allí para hacerlo en cualquier momento?".
Lo que ese planeta necesita es una buena tormenta.
¿Ayudaría hacer funcionar el ventilador durante un período corto a la vez?
No compro la razón por la que un ventilador no es una solución viable. No todo el polvo expulsado de los paneles volverá a ser absorbido, porque no es así como funciona la dinámica de fluidos. Incluso si lo hiciera, en el peor de los casos terminaría con una nube de polvo circulante, parte de la cual volvería a asentarse en los paneles cuando el ventilador se detuviera, pero otra parte aterrizaría en otro lugar. En el mejor de los casos, incluso un viento ligero debería llevarse la mayor parte del polvo, especialmente si, para empezar, lo sopló a favor del viento. Puede haber otras razones por las que usar ventiladores para quitar el polvo de los paneles solares en Marte no es práctico, pero no creo que esa sea una.
@IlmariKaronen Totalmente de acuerdo contigo, ¿no sería aún más eficiente un secador de pelo? (Sin la parte de calefacción, por supuesto).
@BruceWayne pero el pobre espíritu, a pesar de tener paneles solares limpios y recibir una nueva vida ese día, murió en un pozo solo 5 cortos años después. rasgar espíritu M. Rover 204-2010

Respondiendo al "¿qué funcionaría ?" parte de la pregunta:

Usaría un cepillo de pelo electret que apenas toca la superficie de los paneles solares.

Los filtros de electreto son muy efectivos para recolectar partículas finas. El cepillo está montado en un simple limpiaparabrisas. Una vez que recogió el polvo marrón, vibra río abajo para arrojar el polvo, un poco como un perro después de nadar.

Interesante; ¿Es posible encontrar una fuente que describa la existencia o el uso de un material electret como cepillo de manera similar? Revisé brevemente y solo encontré Necesito material electrostático para atraer el pelo de las mascotas ¡Bienvenido al espacio!

Respuesta complementaria, que también es algo complementaria tanto a la respuesta extensa / exhaustiva de @ Hobbes como a la intrigante respuesta de @ LouisvanRijn y muestra que sus respuestas fueron acertadas .


De Mars Opportunity y Spirit Rovers de Forbes.com podrían haber vivido prácticamente para siempre con un pequeño cambio :

Una opción sería instalar algún mecanismo como limpiaparabrisas para eliminar el polvo marciano que se acumula. Aquí en la Tierra, los limpiaparabrisas son tan comunes que parece la solución obvia a tal problema. Pero Marte es muy diferente de la Tierra en dos aspectos importantes cuando se trata de la acumulación de polvo en una superficie como un panel solar.

  • El polvo marciano es extremadamente pequeño y de grano fino. El polvo atmosférico en Marte tiene aproximadamente tres micras de diámetro y se adhiere a través de fuerzas electrostáticas. No puedes simplemente "deshacerte de él" como lo harías en la Tierra; quedaría mucho polvo.
  • No hay fluido para ayudar en Marte. El agua no permanecerá líquida en Marte, y solo puedes llevar contigo una cantidad limitada de cualquier líquido. Los movimientos de limpieza en seco dañarían las superficies de los paneles, convirtiéndolos en una solución inferior.

Aunque hay mejores opciones. Las escobillas del limpiaparabrisas son pesadas, complejas, sujetas a daños por las temperaturas extremas que experimenta Marte, y se rompen con facilidad. Una segunda solución sería tener paneles articulados (inclinables), donde simplemente podría orientarlos verticalmente. Dado que Marte normalmente tiene vientos de bajo nivel que soplan continuamente, cualquier acumulación de polvo podría ser arrastrada por el entorno natural de Marte. De hecho, hay eventos de limpieza "naturales" que ocurren en Marte, que no conocíamos cuando diseñamos estos rovers; los vientos ocasionalmente, durante la noche, soplarán grandes cantidades de polvo de los rovers, aumentando su potencia de salida. Fue solo cuando Spirit no obtuvo uno durante todo un año marciano que terminó muriendo.

El módulo de aterrizaje InSight se encuentra ahora en una situación similar. Pero no hay ningún evento de limpieza a la vista (¿ves lo que hice allí?), por lo que, lamentablemente, nuestro pequeño módulo de aterrizaje se unirá al espíritu, la oportunidad, el viajero, el explorador, el MCO y el fénix en el paraíso de los robots.