Ин таҳқиқот меомӯзад, ки барои як зистгоҳи фарзии шашнафара дар сатҳи Миррих, ки ба таври доимӣ 24 kW нерӯи барқ талаб мекунад, сабуктарин низоми энергетикиро дар кадом минтақаҳои номзади фуруд метавон бунёд кард. Муҳаққиқон аз миёни минтақаҳое, ки NASA қаблан барои миссияҳои инсонӣ ба Миррих муайян карда буд, 23 минтақаро, ки байни 30° арзи шимолӣ ва 30° арзи ҷанубӣ ҷойгиранд, баррасӣ карданд. Нурпошии офтобӣ ва маълумоти шамол дар баландии 50 метр барои ҳар минтақа ба таври соатбайъ барои Соли Миррихии 24, ки дар он тӯфони бузурги глобалии ғубор рух надода буд, ва Соли Миррихии 25, ки дар он тӯфонҳои шадиди ғубор мушоҳида шуданд, арзёбӣ гардид.

Низоми энергетикӣ аз панелҳои фотоэлектрикии сегонапайванди арсениди галлий, турбинаҳои бодӣ ва захираи батареягӣ иборат аст. Алгоритми генетикӣ масоҳати фотоэлектрикӣ, масоҳати умумии рӯбиши турбинаҳо ва иқтидори батареяро бо шарте оптимизатсия кард, ки зистгоҳ дар ҳеҷ соати сол бе энергия намонад. Ҳадаф кам кардани массаи умумии низомест, ки бояд аз Замин ба Миррих интиқол дода шавад.

Натиҷаҳо нишон доданд, ки на ҳар минтақаи Миррих барои низоми гибридии бодӣ-офтобӣ мувофиқ аст. Муҳаққиқон 23 минтақаро вобаста ба рафтори мавсимии манбаъҳои энергия ба чор синф ҷудо карданд. Дар нуҳ минтақаи Type D, вақте нурпошии офтобӣ коҳиш меёфт, афзоиши энергияи бодӣ боиси он мешуд, ки ду манбаъ ҳамдигарро пурра кунанд. Acidalia Planitia, Hebrus Valles ва Sinus Meridiani ҳамчун се минтақае барҷаста шуданд, ки ин пурракунӣ дар онҳо аз ҳама равшан аст.

Дар муқоисаи низомҳое, ки бояд ҳам солҳои дорои тӯфони ғубор ва ҳам солҳои бидуни тӯфонро таъмин кунанд, низоми бодӣ-офтобӣ-батареягӣ дар Acidalia Planitia 25.910,95 kg ва низоми танҳо аз фотоэлектрик ва батарея иборат 61.295,81 kg ҳисоб карда шуд. Ин дар дохили модел ба коҳиши массаи %57,73 мувофиқат мекунад. Бо вуҷуди ин, натиҷаҳо на ба озмоишҳои таҷҳизоти воқеии Миррих, балки ба ду соли Миррих, сарбории доимии 24 kW, массаҳои тахминии ҷузъҳо ва мутобиқсозии маълумоти турбинаҳои барои Замин таҳияшуда ба шароити Миррих такя мекунанд.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Низоми энергетикии пойгоҳи сатҳии инсонӣ, ки ба Миррих фиристода мешавад, бояд на танҳо барқи кофӣ истеҳсол кунад, балки бинобар иқтидори маҳдуди борбардории воситаи партоб то ҳадди имкон сабук бошад. Ҳар панели иловагӣ, қисми турбина ё модули батарея, ки бояд ба сатҳи Миррих расонда шавад, массаи миссияро зиёд мекунад.

Энергияи офтобӣ дар миссияҳои Миррих як интихоби маъмул аст, аммо он ду механизми муҳими қатъшавӣ дорад:

• Ғуборе, ки рӯи панел ҷамъ мешавад, бо гузашти вақт самаранокии табдили фотоэлектрикиро коҳиш медиҳад.
• Тӯфонҳои минтақавӣ ё глобалии ғубор метавонанд нурпошии офтобии ба сатҳ расидаро ҳафтаҳо ё моҳҳо коҳиш диҳанд.

Муҳаққиқон санҷиданд, ки оё дар баъзе минтақаҳои Миррих афзоиши суръати шамол ҳангоми тӯфони ғубор метавонад ин талафотро ҷуброн кунад. Саволи асосӣ танҳо «Оё дар Миррих энергияи бодӣ истеҳсол кардан мумкин аст?» нест. Саволи аслӣ ин аст, ки оё дар як минтақаи муайяни фуруд шамол метавонад энергияи офтобиро дар вақти дуруст пурра карда, массаи умумии панелҳо, турбинаҳо ва батареяҳоро коҳиш диҳад.

Кадом минтақаҳои номзади фуруд баррасӣ шуданд?

Таҳқиқот 23 минтақаро дар арзҳои паст ва миёна аз миёни минтақаҳое арзёбӣ кард, ки дар семинари соли 2015 оид ба минтақаҳои фуруд барои миссияҳои инсонӣ ба Миррих пешниҳод шуда буданд. Минтақаҳои баррасишуда ҳамвориҳо, кратерҳо, низомҳои дараҳо ва сатҳҳои дорои шароити гуногуни баландиро дар бар мегиранд.

Дар Шакли 5, 23 минтақа дар харитаи топографии Миррих нишон дода шудаанд. Минтақаҳо танҳо дар як қитъа ё фосилаи тӯл ҷамъ нашудаанд, балки дар атрофи экватори сайёра ва камарбанди 30° шимол–30° ҷануб паҳн шудаанд. Ҳамин тавр, муқоисаи рафтори гуногуни мавсимии нурпошӣ ва шамол ҳадаф қарор гирифтааст.

Минтақаҳое, ки ба таҳлили энергетикии таҳқиқот дохил шудаанд, инҳоянд:

• Aram Chaos, Acidalia Planitia, Apollinaris Sulci ва Columbus Crater,
• Coprates Chasma, Cerberus Fossae, Chryse Planitia ва Firsoff Crater,
• Gale Crater, Gusev Crater, Huygens Crater ва Hypanis Delta,
• Hadriacus Palus, Hebrus Valles, McLaughlin Crater ва Melas Chasma,
• Meridiani Planum, Mawrth Vallis, Nectaris Fossae ва Noctis Labyrinthus,
• Sinus Meridiani, Valles Marineris ва Zephyria Planum.

Қаблан ҳамчун номзад интихоб шудани ин минтақаҳо маънои онро надорад, ки онҳо аз ҷиҳати энергетикӣ худкорона мувофиқанд. Таҳқиқот танҳо массаи низоми энергетикиро арзёбӣ мекунад; меъёрҳои дигари миссия, аз қабили бехатарии фуруд, дастрасӣ ба об, радиатсия, геометрияи алоқа, ҳадафҳои илмӣ ва нақлиёти рӯизаминӣ, ба як оптимизатсияи муштарак дохил карда нашудаанд.

Энергияи офтобӣ чӣ гуна ҳисоб карда шуд?

Нурпошии офтобӣ дар мадори Миррих вобаста ба масофаи Офтоб–Миррих ва мавқеи Миррих дар мадор ҳисоб карда шуд:

\[ G_{ob}=\frac{SR}{r^2}\frac{\left[1+e\cos(L_s-248)\right]^2}{(1-e^2)^2} \]

Дар ин ҷо \(G_{ob}\) нурпошии офтобиро дар мадори Миррих; \(SR\) доимии офтобиро, ки 1367 W/m² гирифта шудааст; \(r\) радиуси миёнаи мадориро ба андозаи 1,52 воҳиди астрономӣ; \(e\) экссентриситети мадорӣ ва \(L_s\) тӯли мавсимии Миррихро нисбат ба маркази Офтоб нишон медиҳад.

Нурпошие, ки ба сатҳ мерасад, бо истифода аз кунҷи зенитии Офтоб, чуқурии оптикии ғубор дар атмосфера ва албедои сатҳ ҳисоб карда шуд:

\[ G_h=G_{ob}\cos z\frac{f(z,\tau,al)}{1-al} \]

\(G_h\) нурпошии сатҳиро; \(z\) кунҷи зенитро; \(\tau\) чуқурии оптикии ғуборро; \(al\) албедои сатҳро ва \(f(z,\tau,al)\) муносибати полиномиро, ки интиқоли нурпоширо дар атмосфера ифода мекунад, нишон медиҳад.

Маълумоти чуқурии оптикии ғубор аз Mars Climate Database гирифта шудааст. Барои ҳар рӯз миёнаи ҳаррӯзаи чуқурии оптикии ғубор истифода шуда, аз ин арзишҳо нурпошии солонаи соатбайъи сатҳӣ барои 23 минтақа ҳисоб карда шудааст.

Арз энергияи офтобиро чӣ гуна тағйир дод?

Шакли 2 ҷамъбасти ҳаррӯзаи нурпошии шаш макони намунавиро дар давоми як соли Миррих нишон медиҳад. Дар ду намунаи наздик ба экватор арзишҳои миёнаи солонаи ҷамъбасти ҳаррӯза тақрибан 3,75–3,81 гузориш шудаанд, дар ҳоле ки дар намунаҳои 60° шимол ва 60° ҷануб онҳо дар сатҳи тақрибан 1,58–1,79 боқӣ мондаанд.

Гарчанде арзҳои баланд дар тобистон метавонанд нурпошии қавӣ гиранд, дар зимистон бинобар кунҷи пасти баландшавии Офтоб давраҳои хеле дарози истеҳсоли паст ба вуҷуд меоянд. Дар минтақаҳои атрофи экватор бошад, ҳарчанд тӯфонҳои ғубор истеҳсолро коҳиш медиҳанд, дар давоми сол қатъшавиҳои тӯлонӣ монанди шаби қутбӣ мушоҳида намешаванд.

Аз ин рӯ, муҳаққиқон оптимизатсияи минбаъдаро ба минтақаҳои байни 30° шимол ва 30° ҷануб маҳдуд карданд. Азбаски тобистони нимкураи ҷанубӣ ба қисми мадоре рост меояд, ки Миррих ба Офтоб наздиктар аст, гуфта шудааст, ки баъзе минтақаҳои ҷанубӣ манбаи баландтари мавсимии офтобӣ доранд.

Номувофиқии муҳими гузоришдиҳӣ дар модели офтобӣ

Дар қисми муқаддимавии таҳқиқот экссентриситети мадори Миррих 0,0934 дода шудааст, аммо дар қисме, ки модели нурпошии офтобӣ муаррифӣ мешавад, \(e=0,0093\) навишта шудааст. Байни ин ду арзиш тақрибан даҳ маротиба фарқ вуҷуд дорад. Матн шарҳ намедиҳад, ки дар симулятсияи солона кадом арзиш истифода шудааст.

Азбаски экссентриситети мадорӣ ба тағйироти мавсимии масофаи Миррих–Офтоб ва ҳамин тариқ ба ҳисоби нурпошӣ мустақиман таъсир мерасонад, ин танҳо як мушкили хурди навишторӣ нест. Азбаски коди симулятсия ва файлҳои пурраи воридотии истифодашуда мубодила нашудаанд, мустақилона санҷидан имкон надорад, ки натиҷаҳо бар асоси кадом арзиш ба даст омадаанд.

Бузургиҳои Шакли 2 низ ҳамчун “solar power density” номгузорӣ шудаанд, аммо воҳиди меҳвар дар шакли kWh/m² дода шудааст, ки ба энергияи умумии ҳаррӯза мувофиқат мекунад. Аз ин рӯ, дар графикҳо истилоҳоти зичии қувва ва зичии энергияи ҳаррӯза ба таври муттасил истифода нашудаанд.

Энергияи қобили истеҳсол аз шамоли Миррих чӣ гуна моделсозӣ шуд?

Қувваи аз шамол ҳосилшаванда ба муносибати асосии зерин такя мекунад:

\[ P_w=\frac{1}{2}\rho u^3 C_p A \]

\(\rho\) зичии атмосфераи Миррихро; \(u\) суръати шамолро дар баландии маркази турбина; \(C_p\) коэффисиенти қувваи турбина вобаста ба суръати шамол ва \(A\) масоҳати рӯбиши роторро нишон медиҳад.

Азбаски қувваи бодӣ бо куби суръат тағйир меёбад, афзоишҳои мавсимии суръати шамол метавонанд сарфи назар аз зичии пасти атмосфера афзоиши назарраси энергияро ба вуҷуд оранд. Таҳқиқот бо назардошти он ки сохтани манораҳои баландтар аз ҷиҳати муҳандисӣ душвор аст, маълумоти шамолро дар баландии 50 метр истифода кардааст.

Барои каҷи истеҳсоли турбина модели Enercon E33, ки гуфта мешавад дар нерӯгоҳи бодии Ross Island дар Замин истифода шудааст, ҳамчун истинод гирифта шудааст. Суръатҳои шамол мутобиқи зичии пасти ҳавои Миррих ислоҳ карда шуда, каҷи қуввае истифода шудааст, ки минтақаҳои оғози кор, кори номиналӣ ва қатъи турбинаро дар бар мегирад.

Намунаи Valles Marineris чиро нишон дод?

Шакли 4 энергияи умумии ҳаррӯзаи бодиро дар Valles Marineris барои MY24 бе тӯфони ғубор ва MY25 бо тӯфони глобалӣ муқоиса мекунад. Дар MY25 дида мешавад, ки тақрибан дар фосилаи 350–500 sol иқтидори истеҳсоли энергияи бодӣ нисбат ба MY24 ба таври назаррас баланд мешавад.

Ин афзоиш наздик ба даврае рух медиҳад, ки нурпошии офтобӣ бинобар ғубор коҳиш меёбад. На танҳо баланд будани ҷамъбасти солонаи шамол, балки афзоиши он дар вақтҳое, ки истеҳсоли офтобӣ паст аст, пурракуниеро ба вуҷуд меорад, ки метавонад массаи низомро коҳиш диҳад.

Низоми энергетикӣ аз кадом ҷузъҳо иборат аст?

Модел се зернизоми асосиро дар бар мегирад:

• Панелҳои фотоэлектрикии сегонапайванди арсениди галлий, ки Офтобро пайгирӣ мекунанд,
• Турбинаҳои бодӣ, ки дар баландии марказии 50 метр кор мекунанд,
• Батареяҳое, ки истеҳсоли изофиро захира ва камбуди манбаъро ҷуброн мекунанд.

Талаботи барқии зистгоҳ дар тамоми сол доимӣ 24 kW қабул шудааст. Ин арзиш фарзияи ҳадди ақали сарбории доимист, ки дар таҳқиқот барои зистгоҳи сатҳии шашнафараи Миррих истифода шудааст.

Барои низоми фотоэлектрикӣ кадом фарзияҳо қабул шуданд?

Барои низоми фотоэлектрикӣ ҳуҷайраҳои сегонапайванди арсениди галлий бо самаранокии ибтидоии табдил %30 интихоб шуданд. Фарз карда шуд, ки бинобар ҷамъшавии ғубор самаранокӣ ҳар рӯз тақрибан %0,3 коҳиш меёбад. Вақте самаранокӣ ба %80 арзиши ибтидоӣ мерасад, фарз карда шуд, ки панелҳо тоза шуда, дубора ба сатҳи %30 бармегарданд.

Ин давр бо самаранокии миёнаи табдили %27 ифода шудааст. Фарз карда шудааст, ки панелҳо механизмҳои пайгирии Офтоб ва муҳофизати шишагӣ аз ғубор доранд; массаи низоми фотоэлектрикие, ки аз Замин интиқол меёбад, 15 kg/m² гирифта шудааст.

Таҳқиқот алоҳида моделсозӣ намекунад, ки тозакунӣ бо кадом энергия, таҷҳизот, меҳнати инсонӣ ё маводи масрафӣ анҷом дода мешавад. Эҳтимоли вайроншавии механизми пайгирӣ ва таъсирҳои оптикӣ, механикӣ ё электростатикии ғубори Миррих низ ҳамчун тағйирёбандаҳои алоҳида ба оптимизатсияи солонаи масса дохил нашудаанд.

Массаи низоми бодӣ чӣ гуна тахмин карда шуд?

Дар модели массаи турбина фарз карда шуд, ки манораҳо метавонанд дар сатҳи Миррих аз маводи маҳаллӣ истеҳсол шаванд. Аммо парраҳо, ротор, гондола ва генератор бояд аз Замин интиқол дода шаванд.

Коэффисиенти масса аз турбинаи Goldwind 87/1500 гирифта шудааст, ки барои он масоҳати рӯбиши тақрибан 6000 m² ва массаи сохтори болоии 76.000 kg дода шудааст. Бо истифодаи маводи сабуктари нахи карбон коҳиши массаи %30 қабул гардида, массаи турбинаи интиқолшаванда ҳамчун 9 kg/m² масоҳати рӯбиш муайян шудааст.

Дар ин ҷо каҷи иҷроиш ба Enercon E33, вале миқёспазирии масса ба турбинаи дигари калони хушкӣ асос ёфтааст. Геометрияи ротори махсус барои Миррих, шумораи пасти Reynolds, устувории парра, фарсудашавӣ аз ғубор, молидан, рафтори мавод дар ҳарорати паст ва низоми насби турбина моделсозӣ нашудаанд. Аз ин рӯ, арзиши 9 kg/m² на аз тарҳи муфассали турбинаи Миррих, балки аз миқёспазирии тарҳи пешакӣ ба даст омадааст.

Низоми батарея чӣ гуна ифода шуд?

Барои батареяҳо энергияи хос 300 Wh/kg қабул карда шуд. Мувофиқи ин, ҳар 1 kWh иқтидор 3,33 kg массаи партобро ташкил медиҳад. Барои 24 соат танҳо бо батарея кор кардани зистгоҳ тақрибан 576 kWh энергия лозим аст; таҳқиқот инро ба тақрибан 600 kWh ва 2000 kg батарея гирд мекунад.

Гарчанде дар тавсифи модел гуфта мешавад, ки тавозуни соатбайъи энергияи батарея истифода шудааст, унсурҳои зерин бо муодилаҳои возеҳ ва параметрҳои пурра гузориш нашудаанд:

• Самаранокии пуркунӣ ва холисозӣ,
• Қувваи ҳадди аксари пуркунӣ ва холисозӣ,
• Ҳолати ҳадди ақал ва ҳадди аксари иҷозатдодашудаи заряд,
• Шарти ҳолати заряд дар оғоз ва охири сол,
• Таъсири ҳарорати паст ба иқтидор ва қувва,
• Фарсудашавии даврӣ ва коҳиши иқтидор дар тӯли миссия.

Гуфта шудааст, ки агар ҳолати заряд муддати дароз аз %10 паст бимонад, ҷаримаи иловагӣ татбиқ мешавад; аммо ҳадди «муддати дароз» чанд соат будан ва бузургии математикии ҷарима шарҳ дода нашудааст.

Массаи умумии партоб чӣ гуна ташаккул дода шудааст?

Бар асоси коэффисиентҳои ҷузъҳое, ки дар Ҷадвали 1 дода шудаанд, массаи асосии низом дар функсияи ҳадаф метавонад чунин ифода шавад:

\[ M_{\mathrm{toplam}}=15A_{\mathrm{PV}}+9A_{\mathrm{rüzgâr}}+3{,}33E_{\mathrm{batarya}} \]

\(A_{\mathrm{PV}}\) масоҳати фотоэлектрикиро бо m²; \(A_{\mathrm{rüzgâr}}\) масоҳати умумии рӯбиши роторро бо m²; \(E_{\mathrm{batarya}}\) иқтидори батареяро бо kWh нишон медиҳад.

Ин ҷамъ массаи панел, сохтори болоии турбина ва батарея аст, ки дар таҳқиқот муайян шудааст. Барои ноқилҳо, электроникаи қувва, инверторҳо, панелҳои тақсимот, қисмҳои эҳтиётӣ, роботҳои насб, таҳкурсиҳои турбина, иншооти маҳаллии истеҳсоли манора, назорати ҳароратӣ ва муҳофизат аз радиатсия бандҳои алоҳидаи масса гузориш нашудаанд.

Алгоритми генетикӣ кадом тағйирёбандаҳоро оптимизатсия кард?

Ҳар фарди алгоритми генетикӣ аз се адади воқеӣ иборат аст:

• Масоҳати фотоэлектрикӣ: \(A_{\mathrm{PV}}\in[0,3000]\) m²,
• Масоҳати рӯбиши турбинаи бодӣ: \(A_w\in[0,3000]\) m²,
• Иқтидори батарея: \(E_{\mathrm{batt}}\in[0,1000]\) kWh.

Ҳар низоми номзад бо маълумоти соатбайъи офтоб ва шамол ба симулятсияи солона ворид карда шуд. Дар ҳар қадами вақт, ки истеҳсоли барқароршаванда сарбориро таъмин карда наметавонист ва батарея холӣ мешуд, ба низом ҷаримаи бузургии \(10^{10}\) татбиқ карда шуд:

\[ \mathrm{Fitness}=M_{\mathrm{toplam}}+\mathrm{Penalty} \]

\[ \mathrm{Penalty}=10^{10}\quad\text{enerji arzı başarısızsa} \]

Ҳамин тавр, алгоритм тарҳҳои каммассаеро, ки зистгоҳро бе энергия мегузоштанд, аз маҷмӯи ҳалли эҳтимолӣ дур кард.

Танзимоти алгоритми генетикӣ

Таҳқиқот алгоритми генетикиро бо якчанд тухми тасодуфӣ такрор накардааст; миёнаи ҳалли беҳтарин, инҳирофи стандартӣ ё фосилаи эътимодро гузориш надодааст. Муқоиса бо усулҳои дигари оптимизатсия ва таҳлили ҳассосият барои тағйирёбандаҳои қарор низ пешниҳод нашудаанд.

Чаро MY24 ва MY25 якҷоя баррасӣ шуданд?

Соли Миррихии 24 ҳамчун соли намояндагие интихоб шуд, ки дар он тӯфони бузурги глобалии ғубор набуд; Соли Миррихии 25 бошад ҳамчун соли намояндагии дорои тӯфонҳои шадиди ғубор интихоб гардид.

Дар Шакли 7 харитаҳои глобалии нурпошии ҳаррӯзаи ду сол барои мавсими тӯфони ғубор муқоиса мешаванд. Дар харитаи MY25 дида мешавад, ки махсусан дар арзҳои паст ва миёна нурпошии ба сатҳ расида нисбат ба MY24 ба таври назаррас коҳиш ёфтааст.

Ҳар минтақа аввал барои ду сол алоҳида оптимизатсия шуд, сипас дар шаш минтақаи беҳтарини Type D талаб карда шуд, ки ҳамон низом ҳам MY24 ва ҳам MY25-ро таъмин кунад ва бо низоми танҳо фотоэлектрикӣ-батареягӣ муқоиса гардид.

Чор синфи минтақаҳои энергетикӣ чӣ маъно доранд?

Чаро дар минтақаҳои Type A шамол истифода нашуд?

Дар минтақаҳои ҷанубии Type A, ба монанди Columbus Crater ва Nectaris Fossae, пасттарин истеҳсоли офтобӣ дар зимистони нимкураи ҷанубӣ рух медиҳад. Дар ин давра истеҳсоли бодӣ ба сатҳи кофӣ баланд намешавад.

Гарчанде тӯфонҳои ғубории MY25 истеҳсоли офтобиро дар тобистони ҷанубӣ коҳиш медиҳанд, истеҳсол аксаран аз ҳадди ақали зимистонӣ пасттар намеравад. Азбаски низом аллакай барои шароити зимистон андозабандӣ шудааст, илова кардани турбинаи бодии иловагӣ бе зиёд кардани эътимоднокии солона массаи низомро баланд мекунад.

Чаро тӯфонҳои ғубор дар минтақаҳои Type B афзоиши калони масса ба вуҷуд оварданд?

Дар мисолҳои Coprates Chasma ва Melas Chasma, дар соли муқаррарӣ бинобар ҷойгиршавӣ наздик ба экватор истеҳсоли қавӣ ва мунтазами офтобӣ мавҷуд аст. Аз ин рӯ, барои MY24 низомҳои нисбатан хурди фотоэлектрикӣ кофӣ мебошанд.

Вақте дар MY25 истеҳсоли офтобӣ сахт коҳиш ёфт, шамол ба ҳамон андоза зиёд нашуд. Роҳи асосии пӯшонидани норасоии энергия насби масоҳати бештари фотоэлектрикӣ ва захираи бештар буд. Масалан, массаи ҳисобшудаи низом барои Melas Chasma аз 16.012,59 kg дар MY24 то 29.329,29 kg дар MY25 зиёд шуд.

Чаро минтақаҳои Type C заиф ҳисоб шуданд?

Дар графикҳои Cerberus Fossae ва Chryse Planitia дида мешавад, ки вақте энергияи офтобӣ ба ҳадди паст мерасад, шамол норасоиро ба қадри кофӣ ҷуброн намекунад. Дар баъзе давраҳо ҳар ду манбаъ ҳамзамон заиф мешаванд.

Ин коҳиши ҳамзамон масоҳати калонтари панел, масоҳати калонтари турбина ё иқтидори бештари батареяро талаб мекунад. Низоми MY25 барои Chryse Planitia 42.087,28 kg, низоми Aram Chaos 41.493,21 kg ва низоми Firsoff Crater 39.970,92 kg ҳисоб шудааст.

Ин натиҷаҳо исбот намекунанд, ки минтақаҳо барои миссияҳои инсонӣ комилан номувофиқанд. Онҳо танҳо нишон медиҳанд, ки таҳти фарзияҳои ҷузъии таҳқиқот ва сарбории доимии 24 kW массаи низоми офтобӣ-бодӣ-батареягӣ нисбат ба баъзе номзадҳои дигар бештар аст.

Пурракунӣ дар минтақаҳои Type D чӣ гуна ба вуҷуд омад?

Дар Шакли 11 қаторҳои замонии офтоб ва шамол барои Hebrus Valles ва Sinus Meridiani нишон дода шудаанд. Дар MY25, тақрибан дар давраи 350–550 sol, ки каҷи офтобӣ ба таври равшан коҳиш меёбад, афзоиши истеҳсоли бодӣ ҷолиби диққат аст.

Ба шарофати ин замонбандии муқобил, турбинаҳои бодӣ на танҳо ба ҷамъбасти солонаи энергия саҳм мегузоранд, балки дар соатҳои муҳиме, ки низоми фотоэлектрикӣ заифтарин аст, истеҳсол таъмин мекунанд. Дар натиҷа, бо масоҳати камтари фотоэлектрикӣ ва низоми батареягии хурдтар таъминоти доимии 24 kW нигоҳ дошта мешавад.

Барои MY24 массаи пасттарин дар кадом минтақа ёфт шуд?

Барои MY24 бе тӯфони ғубор пасттарин массаи алоҳидаи солонаи низом дар Noctis Labyrinthus 14.167,52 kg ҳисоб карда шуд. Тақрибан %84,6 массаи низом фотоэлектрикӣ, %6,1 бодӣ ва %9,3 батареягӣ буд.

Melas Chasma бо 16.012,59 kg, Coprates Chasma бо 16.110,80 kg, Sinus Meridiani бо 16.224,84 kg ва Huygens Crater бо 16.546,59 kg низ дар байни натиҷаҳои каммасса ҷой гирифтанд.

Аммо интихоб танҳо бар асоси MY24 метавонад низомеро ба вуҷуд орад, ки ҳангоми тӯфони глобалии ғубор барои зистгоҳ нокифоя бошад. Аз ин рӯ, арзёбии ниҳоӣ бар низомҳое асос ёфт, ки ҳар ду солро якҷоя таъмин мекарданд.

Дар MY25 кадом минтақаҳо барҷаста шуданд?

Барои MY25-и дорои тӯфони ғубор пасттарин массаи алоҳидаи солонаи низом дар Hebrus Valles 21.720,20 kg буд. Аз масса %47,2 фотоэлектрикӣ, %43,5 бодӣ ва %9,2 батареягӣ мебошад.

Дигар натиҷаҳои каммассаи MY25 чунинанд:

Дар таҳқиқот таъкид шудааст, ки ҳамаи панҷ низоме, ки дар MY25 массаи пасттарин доданд, ҷузъи бодӣ доштанд. Бо вуҷуди ин, азбаски ҳиссаи бодӣ дар Hadriacus Palus танҳо %5,6 аст, гуфтан мумкин нест, ки шамол дар ҳар низоми гибридӣ ба як андоза ҳалкунанда мебошад.

Низомҳое, ки ҳар ду солро таъмин мекунанд, чӣ гуна муқоиса шуданд?

Муҳаққиқон дар шаш минтақаи беҳтарини Type D ду низоми алоҳидаро ҳисоб карданд:

• P-W-B: Фотоэлектрик, шамол ва батарея,
• P-B: Танҳо фотоэлектрик ва батарея.

Ҳар ду низом тавре андозабандӣ шуданд, ки ҳам MY24 ва ҳам MY25-ро бо қувваи бефосилаи 24 kW таъмин кунанд.

Acidalia Planitia бузургтарин фоидаи нисбии масса дод. Аммо сабуктарин низоми мутлақ дар Hebrus Valles ҳисоб карда шуд. Sinus Meridiani бошад ҳам массаи умумии паст ва ҳам пурракунии қавии бодӣ-офтобиро нишон дод.

Чаро дар Acidalia Planitia коҳиши %57,73 ба вуҷуд омад?

Дар Acidalia Planitia, вақте танҳо низоми фотоэлектрикӣ-батареягӣ истифода мешавад, %93,3 масса фотоэлектрикӣ ва %6,7 батареягӣ мебошад. Барои танҳо бо панелҳои бештар пӯшонидани тӯфони ғубор масоҳати хеле калони панел лозим мешавад.

Дар низоми гибридӣ %48,5 масса фотоэлектрикӣ, %43,4 бодӣ ва %8,1 батареягӣ аст. Гарчанде низоми бодӣ массаи иловагии назаррас меорад, азбаски дар давраи тӯфон истеҳсол мекунад, коҳиши масоҳати зарурии фотоэлектрикӣ хеле бештар шудааст.

Арзиши %57,73 сарфаи ченшуда дар миссияи воқеӣ нест. Ин муқоиса дар дохили модели тарҳи пешакии таҳқиқот аст, ки бо коэффисиентҳои 15 kg/m² барои фотоэлектрик, 9 kg/m² барои турбина ва 3,33 kg/kWh барои батарея сохта шудааст.

Чаро Hebrus Valles массаи мутлақи пасттаринро дод?

Барои Hebrus Valles низоми гибридие, ки ҳар ду солро таъмин мекунад, 22.693,18 kg аст. Аз ин %47,4 фотоэлектрикӣ, %46,0 бодӣ ва %6,5 батареягӣ мебошад. Наздик будани ҳиссаҳои массаи офтоб ва шамол нишон медиҳад, ки ду манбаъ дар низом нақши мутавозин доранд.

Массаи варианти танҳо фотоэлектрикӣ-батареягӣ 46.207,64 kg аст. Аз рӯйи арзишҳои ҷадвал ҳисоб карда шавад, низоми гибридӣ тақрибан %50,89 сабуктар аст.

Бартарии Sinus Meridiani чист?

Дар Sinus Meridiani ҳангоми MY24 истеҳсоли фотоэлектрикӣ аксаран дар сатҳест, ки сарбориро таъмин карда метавонад. Аммо дар тӯфони ғубории MY25 ҳангоми коҳиши офтоб шамол ба таври тез зиёд мешавад.

Низоми гибридии фарогири ду сол 23.357,50 kg ва низоми фотоэлектрикӣ-батареягӣ 37.794,56 kg мебошад. Коҳиши ҳисобшуда тақрибан %38,20 аст. Аз массаи низоми гибридӣ %51,7 фотоэлектрикӣ, %38,3 бодӣ ва %10 батареягӣ мебошад.

Таҳқиқот чиро дастгирӣ мекунад?

• На танҳо миқдор, балки замонбандии мавсимии захираҳои офтоб ва шамол дар сатҳи Миррих массаи низоми энергетикиро муайян мекунад.
• Дар минтақаҳое, ки ҳангоми тӯфонҳои ғубор истеҳсоли бодӣ зиёд мешавад, низомҳои гибридӣ метавонанд бо масоҳати камтари фотоэлектрикӣ ва захираи хурдтар қувваи бефосила таъмин кунанд.
• Рафтори энергетикии 23 минтақаи номзад бо як қоидаи ягонаи ҷуғрофӣ шарҳ дода намешавад; маълумоти соатбайъи махсуси ҳар минтақа лозим аст.
• Тибқи фарзияҳои таҳқиқот, дар нуҳ минтақаи Type D низоми гибридии бодӣ-офтобӣ массаро кам кардааст.
• Acidalia Planitia, Hebrus Valles ва Sinus Meridiani ҳамчун минтақаҳое муайян шудаанд, ки бартарии низоми гибридӣ дар онҳо аз ҳама қавӣ аст.
• Дар Acidalia Planitia низоми гибридӣ нисбат ба низоми танҳо фотоэлектрикӣ-батареягӣ массаи ҳисобшудаи партобро %57,73 камтар дод.

Таҳқиқот чиро нишон намедиҳад?

• Нишон дода нашудааст, ки ин минтақаҳо аз рӯйи ҳамаи меъёрҳои миссия беҳтарин ҷойҳои фуруд дар Миррих мебошанд.
• Дар Миррих турбинаи бодии воқеӣ ё низоми гибридии энергетикӣ ба кор андохта нашудааст.
• Ба таври таҷрибавӣ тасдиқ нашудааст, ки турбинаи Enercon E33 дар атмосфераи Миррих ҳамон каҷи қувваро таъмин мекунад.
• Нишон дода нашудааст, ки манораҳои турбинаро аз маводи Миррих бо бехатарӣ ва массаи паст истеҳсол кардан мумкин аст.
• Исбот нашудааст, ки батареяҳо дар ҳарорати Миррих энергияи хоси 300 Wh/kg-ро нигоҳ медоранд.
• Коҳиши %57,73 муқоисаи низомҳои омодаи парвоз нест, ки массаи ҳамаи таҷҳизот, насб, эҳтиёт ва нигоҳдориро дар бар гирад.
• Истифодаи танҳо MY24 ва MY25 тамоми тӯфонҳои ояндаи ғубор ва тағйирёбии иқлимро фаро намегирад.
• Барои ҳалли ёфтаи алгоритми генетикӣ кафолати математикии оптимуми глобалӣ пешниҳод нашудааст.

Арзиши методологӣ аз нуқтаи назари Туркия

Арзиши мустақими таҳқиқот барои Туркия бештар дар усули тарҳрезии низоми энергетикӣ аст, на дар интихоби як минтақаи мушаххаси Миррих. Ҳамин равишро метавон ба банақшагирии микрошабакаҳое татбиқ кард, ки на танҳо истеҳсоли солонаи захираҳои офтоб, шамол ва батарея, балки ҳамоҳангии замонии онҳоро дар бадтарин шароит низ ба назар мегиранд.

Дар Туркия ин усул метавонад ба соҳаҳои зерин мутобиқ карда шавад:

• Зистгоҳҳои муваққатӣ, ки пас аз заминларза бояд мустақилона кор кунанд,
• Истгоҳҳои сарҳадӣ, маъданӣ, алоқа ва мушоҳидавии дур аз шабака,
• Микрошабакаҳои бодӣ-офтобӣ-батареягӣ барои ҷазираҳо ва минтақаҳои деҳот,
• Иншооти муҳим, ки ба сӯхтор, тӯфон ё қатъшавии тӯлонии барқ тобовар бошанд,
• Тарҳҳои пешакии низоми энергетикии сатҳӣ барои барномаҳои таҳқиқоти Моҳ ва Миррихи Туркия.

Дар татбиқи маҳаллӣ ба функсияи ҳадафи алгоритми генетикӣ бояд на танҳо масса ё арзиши ибтидоии насб, балки нигоҳдорӣ, эҳтимоли вайроншавӣ, логистикаи сӯзишворӣ, умри батарея, эҳтиёт, электроникаи қувва, талаботи мавсимӣ ва номуайянии иқлим низ илова карда шаванд.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Хулосаи техникии тарҳи таҳқиқот

Муҳимтарин натиҷаҳои миқдорӣ

• Аз 23 минтақа нуҳто ҳамчун Type D бо пурракунии бодӣ-офтобӣ тасниф шуданд.
• Барои MY24 пасттарин массаи алоҳидаи солонаи низом дар Noctis Labyrinthus 14.167,52 kg аст.
• Барои MY25 пасттарин массаи алоҳидаи солонаи низом дар Hebrus Valles 21.720,20 kg аст.
• Низоми гибридии Hebrus Valles, ки ҳар ду солро таъмин мекунад, 22.693,18 kg аст.
• Низоми гибридии Sinus Meridiani, ки ҳар ду солро таъмин мекунад, 23.357,50 kg аст.
• Низоми гибридии Acidalia Planitia 25.910,95 kg ва низоми фотоэлектрикӣ-батареягӣ 61.295,81 kg аст.
• Коҳиши масса дар дохили модел барои Acidalia Planitia %57,73 аст.
• Коҳише, ки аз арзишҳои ҷадвал барои Hebrus Valles ҳисоб мешавад, тақрибан %50,89 аст.
• Коҳише, ки аз арзишҳои ҷадвал барои Sinus Meridiani ҳисоб мешавад, тақрибан %38,20 аст.

Арзёбии шаклҳо ва ҷадвалҳо

Нуқтаҳои қавии таҳқиқот

• Ба ҷойи як соли миёнаи иқлимӣ ду соли муқобили Миррих, яке тӯфонӣ ва дигаре бидуни тӯфон, арзёбӣ шуданд.
• Манбаъҳои офтоб ва шамол дар ҳалли соатбайъ дар тавозуни солонаи энергия якҷоя карда шуданд.
• 23 минтақаи номзад бо фарзияҳои якхелаи ҷузъҳо ва сарборӣ муқоиса шуданд.
• Ба ҷойи энергияи умумии солона пурракунии манбаъҳо дар давраҳои муҳим баррасӣ шуд.
• Масоҳати фотоэлектрикӣ, масоҳати ротор ва иқтидори батарея ҳамзамон оптимизатсия шуданд.
• Низомҳое, ки камбуди энергия ба вуҷуд меоварданд, бо ҷаримаи калон аз маҷмӯи ҳалли эҳтимолӣ хориҷ шуданд.
• Низоми гибридӣ бо низоми истинодии фотоэлектрикӣ-батареягӣ, ки ҳамон ду солро таъмин мекунад, муқоиса шуд.
• Таснифи минтақаҳо дар якҷоягӣ бо қаторҳои замонӣ ва массаҳои низом шарҳ дода шудааст.

Маҳдудиятҳои таҳқиқот

• Таҳқиқот аз арзёбии ҳамсолон нагузаштааст.
• Танҳо ду соли Миррих истифода шудааст; номуайянии дарозмуддати иқлим намунагирӣ нашудааст.
• Экссентриситети мадори Миррих дар матн бо ду шакли 0,0934 ва 0,0093 дода шудааст.
• Нишон дода нашудааст, ки дар симулятсия кадом арзиши экссентриситет истифода шудааст.
• Истилоҳҳо ва воҳидҳои зичии энергияи ҳаррӯза ва зичии қувва дар баъзе графикҳо омехта шудаанд.
• Тавозуни энергияи батарея ва маҳдудиятҳои пуркунӣ-холисозӣ бо муодилаҳои пурра шарҳ дода нашудаанд.
• Давомнокӣ ва коэффисиенти ҷаримаи SOC-и паст дода нашудааст.
• Каҷи иҷроиши Enercon E33 ва модели массае, ки аз турбинаи дигари хушкӣ гирифта шудааст, якҷоя истифода шудаанд.
• Аэродинамика ва тарҳи механикии турбина барои атмосфераи Миррих тасдиқ нашудаанд.
• Фарз карда шудааст, ки манораҳои турбина дар Миррих аз маводи маҳаллӣ истеҳсол мешаванд; массаи инфрасохтори истеҳсолӣ ба ҳисоб гирифта нашудааст.
• Электроникаи қувва, кабелҳо, таҳкурсиҳо, назорати ҳароратӣ, абзорҳои нигоҳдорӣ ва қисмҳои эҳтиётӣ бандҳои алоҳидаи масса нестанд.
• Масрафи энергия ва эътимоднокии низомҳои пайгирии фотоэлектрикӣ моделсозӣ нашудаанд.
• Дар батареяҳо ҳарорати паст, радиатсия, фарсудашавӣ ва коҳиши иқтидор арзёбӣ нашудаанд.
• Сарборӣ дар тамоми сол доимӣ 24 kW қабул шудааст; марҳилаҳои миссия ва қуллаҳои қувва вуҷуд надоранд.
• Таҳаммулпазирӣ ба як хатогӣ, турбинаи эҳтиётӣ, панели эҳтиётӣ ё маржаи бехатарӣ ба таври возеҳ илова нашудаанд.
• Натиҷаҳои алгоритми генетикӣ бо якчанд тухми тасодуфӣ такрор нашудаанд.
• Графики ҳамгароӣ, тақсимоти натиҷаҳо ва муқоиса бо усулҳои дигари оптимизатсия вуҷуд надорад.
• Коди симулятсия ва маҷмӯи маълумоти коркардшудаи соатбайъ дар бойгонии кушода мубодила нашудаанд.

Ҳадди тафсири методологӣ

Натиҷаҳо таъсири замонбандии манбаъҳои энергияро ба андозаи низом зери коэффисиентҳои муайяни массаи ҷузъҳо нишон медиҳанд. Сабуктар баромадани як минтақа бо низоми гибридӣ маънои онро надорад, ки дар он минтақа ҳатман бояд пойгоҳи воқеии Миррих сохта шавад.

Ба ҳамин монанд, арзиши %57,73 муқоисаи муфассали муҳандисии массаи ду низоми омодаи парвоз нест. Вақте таҷҳизоти зернизомҳои турбина ва фотоэлектрикӣ, ки дар таҳқиқот ба ҳисоб гирифта нашудаанд, илова шаванд, массаҳои мутлақ ва тартиби низомҳо метавонанд тағйир ёбанд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

• Номи пурраи аслии таҳқиқот: Landing site selection for manned Mars exploration considering in-situ energy conversion and storage
• Муаллифон ва тартиби онҳо: Ziyan Liu; Kongfu Hu; Wengan Sun; Xiansheng Li; Haiyi Xie; Qiliang Wang; Bin Zhao; Gang Pei
• Саҳми баробар ё ҳаммуаллифи аввал: Зикр нашудааст.
• Муаллифи масъул: Gang Pei
• Почтаи электронии муаллифи масъул: peigang@ustc.edu.cn
• Муассисаи 1: Department of Thermal Science and Energy Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei, Чин
• Муассисаи 2: Deep Space Exploration Laboratory, Hefei, Чин
• DOI: 10.2139/ssrn.6964502
• Платформаи нашр: SSRN
• Соли нашр: 2026
• Навъи манбаъ: Препринти муҳандисии ҳисоббарорӣ дар асоси маълумоти иқлими Миррих, симулятсияи низоми энергетикӣ ва оптимизатсияи алгоритми генетикӣ
• Ҳолати арзёбии ҳамсолон: Таҳқиқот аз арзёбии ҳамсолон нагузаштааст.
• Маҷаллаи тақризшаванда: Номи маҷаллаи тақризшавандаи қабулшуда ё нашршуда нишон дода нашудааст.
• Ношири аслӣ: Татбиқ намешавад. Нусхаи баррасишуда нашри маҷаллаи тақризшаванда нест, балки препринти SSRN мебошад.
• Пайванди расмии SSRN:Саҳифаи таҳқиқот дар SSRN
• Пайванди DOI:10.2139/ssrn.6964502

Таҳқиқот аз ҷониби National Natural Science Foundation of China дар доираи дастгирии рақами 52130601 ва бо дастгирии USTC Joint Research Center for Multi-energy Complementation and Conversion анҷом дода шудааст.

Нақшҳои саҳми муаллифон, изҳороти возеҳи бархӯрди манфиатҳо, бахши дастрасии маълумот ва пайванди коди манбаъ дар нусхаи баррасишуда мавҷуд нестанд. Истифодаи Mars Climate Database зикр шудааст; аммо файлҳои коркардшудаи соатбайъи воридотӣ барои 23 минтақа, коди оптимизатсия ва тухмҳои тасодуфии алгоритми генетикӣ ҳамчун бастаи кушодаи такрористеҳсолкунӣ пешниҳод нашудаанд.

Ин шарҳи тоҷикӣ бо баррасии матни пурраи таҳқиқот, муодилаҳои офтоб ва шамол, харитаи Миррих бо 23 минтақа, нақшаи алгоритми генетикӣ, қаторҳои замонии манбаъҳо, се ҷадвали натиҷаҳо ва таснифи минтақаҳо омода шудааст. Мазмуни илмӣ танҳо ба таҳқиқоти баррасишуда такя мекунад. Манбаъҳои беруна танҳо барои санҷиши библиографии унвон, муаллифон, DOI, муассиса, платформа ва ҳолати нашр истифода шудаанд.

Бозёфтҳои асосии таҳқиқот иҷроиши низоми дар сатҳи воқеии Миррих ченшуда нестанд. Натиҷаҳо ба воридоти иқлимии MY24 ва MY25, сарбории доимии 24 kW, самаранокии миёнаи фотоэлектрикии %27, массаи фотоэлектрикии 15 kg/m², массаи турбинаи 9 kg/m² ва энергияи хоси батареяи 300 Wh/kg асос ёфтаанд. Аз ин рӯ, таҳқиқот тарҳи низоми энергетикии омодаи парвоз нест, балки таҳқиқоти тарҳи пешакӣ ва дастгирии қарор барои арзёбии якҷояи минтақаи фуруд ва меъмории низоми энергетикӣ мебошад.