Elektroanlagen auf dem Mars

Getruds letzter Artikel über den Staubsturm brachte mich zum Komplex der Elektroanlagen zur Stromversorgung größerer (!) Habitate.
Als Elektroanlage bezeichne ich (etwas vereinfacht) alles, was Outdoors und in größerem Maßstab nötig ist, um Energie zu erzeugen, weiterzuleiten und gebrauchsfähig umzuformen. Daß dazu Elektronik zur Steuerung gehört, sei außer acht gelassen.

Ausgangspunkte der Betrachtung sind, daß auch wenn eine Solarzelle eine (Last)Spannung von 0,5 V hat, sie so nicht angewendet bzw. konfektioniert wird. Sondern sie wird vorzugsweise in Clustern mittels Reihen- und Parallelschaltung verwendet. Und daß die Marsatmosphäre in der Dichte ähnlich ist wie in kleinen Gasentladungsröhren, so daß die dort vorhandene größere Beaufschlagung mit energiereichen Partikeln viel häufiger zur Zündung zwischen Polen ausreichender Spannung führen könnte.
1)
Schon in den Solarfeldern ist es erforderlich, mit höheren Schienenspannungen im 100V bereich zu arbeiten, um die erforderlichen Leitungsquerschnitte zu verringern. Inwieweit wird es erforderlich, schon hier Isolationsverfahren anzuwenden, über die man in Erdatmosphäre nicht im Geringsten nachdenken muß? Insbesondere da ein versehentlicher Überschlag durch Materialverdampfung sofort zum Lawineneffekt führen würde. Eine Großanlage kann da schon etliche Amperes nachliefern...
2)
Welche Kosten entstehen beim Transport der Energie auf große Strecken? Da muß man ja sicher ähnlich wie auf der Erde hohe Spannungen anwenden, um die Ströme und damit die Leiterquerschnitte klein zu halten. Ist da nicht schnell eine Grenze erreicht, wo das Ganze Isolationstechnisch nicht mehr beherrschbar ist? Oder genügt es noch, einige Isolationsmaterialien zu verwerfen und stattdessen völlig neue zu entwickeln? Selbst an der ISS getestete sind ja nicht dem ganzen Stress wie auf dem Mars ausgesetzt. Zumal bei der ISS auch die Transportspannungen immer noch im 100V Bereich liegen.
3)
Muß man da nicht zusätzlich in Betracht ziehen, daß auch die beste Isolation bei hoher Feldstärke den Koronaeffekt nicht verhindern kann? Welcher wiederum das Isoliermaterial aufheizen kann mit den bekannten Folgen. Freilich kann man "unterwegs" die freien Abstände der Drähte vergrößern, aber ich denke an die ausgangs- und eingangsseitigen Schnittstellen zu den Anlagen.
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Folgt daraus nicht, daß der Transport von Elektroenergie auf dem Mars von vornherein nur in druckbeaufschlagten Kabeln/Röhren stattfinden kann mit einem Preis, der in den Gesamtkosten der Habitate einen nicht zu vernachlässigenden Anteil bildet?
Könnte es sein, daß man zum "Transport" von Elektroenergie über große Strecken nichtelektrische Verfahren verwenden muß?

Zunächst herrscht in den tief liegenden Gebieten kein Vakuum und es gibt sicher in der Luft nahezu keine Feuchtigkeit.
Ich rechne damit das man zumindest deutlich unter -4000müNN eine Station bauen wird.
Hier kann man dies machen was man früher auch bei 220/ 380AC gemacht hat, Freileitungen!
Was man natürlich braucht sind Ständer mit Isolatoren.
Das wird man anfangs sicher von der Erde mitbringen müssen.
Bei den Isolatoren bieten sich bestimmte Keramiken an, z.B. Porzellan oder ach Glas.
Bei den Ständer vielleicht Aluminium oder Bambus falls dieser nicht durch den geringen Druck oder die Temperatur zerstört wird. Falls der die Bedingungen verträgt kann man den vielleicht sogar als Isolator einsetzen.
Alternativ kann man mit CO2+Wasser und Energie über mehrere Prozesse auch Kunststoffe herstellen. Falls Bambus tauglich ist könnte man z.B. den Minuspol auf dem Boden Verlegen und nur den Pluspol aufständern, das könnte auch helfen wärend eines Staubsturms von der Station zur Energieanlage zu kommen.
Eigendlich hätte die meist sehr tiefen Temperaturen beim Strom einen Vorteil, nur wird man die Wärme fast nur über Abstrahlung los.

Zunächst herrscht in den tief liegenden Gebieten kein Vakuum

Genau das ist ja das Elend ! Deshalb schrieb ich ja "...wie in Gasentladungsröhren".
Vakuum wär gut, sind aber leider ca 0,006 Bar.

Freileitungen!

Deshalb schrieb ich ja "...unterwegs" die freien Abstände der Drähte vergrößern"
Wenn man denn das herkömmliche Verfahren nimmt. Da seh ich keine Probleme. Nur bei den Schnittstellen.

Eigentlich hätte die meist sehr tiefen Temperaturen beim Strom einen Vorteil

Das mögen bei üblichem Material ein paar Prozent sein, die man gerne "mitnimmt". Supraleitung für draußen wird man so nicht nutzen können, auch nicht bei Hochtemperatur-Supraleitern, weil die Schwankungsbreite der Temperatur zu groß ist. Abgesehen vom Preis.

Man könnte aber mal durchrechnen, ob unterirdisch für Supraleiter zwei stark gekühlte Röhren im Gegentakt sich lohnen. Da fielen auch eventuelle Spallationsschäden weg.

Um was geht es hier?

Darum auf dem Dach eine Schüssel (und anderen kleineren Abnehmern) mit Strom zu versorgen?

Große PV Anlagen in direkter Nähe zur Basis den Strom abzunehmen?

Oder um längere Stromtrassen von 1+km?

Darum auf dem Dach eine Schüssel (und anderen kleineren Abnehmern) mit Strom zu versorgen?

? ? ? Nein. Wie kommst Du jetzt darauf ?

Es geht um

...Elektroanlagen zur Stromversorgung größerer (!) Habitate.

McPhönix, das ist tatsächlich kein einfaches Problem und man wird spezielle Lösungen für Kabel und Kabelverbindungen entwickeln müssen sobald man über 50 V geht.
Ich könnte mir vorstellen, dass das dann Koaxialkabel sein werden, weil bei diesen aussen am Kabel kein elektrisches Feld auftritt. Bei Steckverbindern braucht es möglicherweise hermetisch dichte Konstruktionen.
Ein interessantes Stichwort ist hier die Dunkelraumabschirmung, wie sie auch in Anlagen für Plasmaprozesse eingesetzt wird, die bei ähnlichen Drucken wie auf dem Mars arbeiten. Man wird überhaupt einige Anleihen beispielsweise bei plasmagestützten Beschichtungsverfahren nehmen können (PVD und CVD-Verfahren).
Man wird wohl auch eher Wechselstrom einsetzen weil eine Entladug in den Nulldurchgängen leichter zu löschen ist, während Gleichstromentladungen schwerer beherrschbar sind.

Zunächst herrscht in den tief liegenden Gebieten kein Vakuum...

Falsch, dort herrscht mit ca. 12mbar immer noch der gleiche Druckbereich wie der Durschnittswert auf dem Mars (6 mbar), und der liegt schon recht nahe am Feinvakuum.

It [the pressure] ranges from a low of 30 pascals (0.0044 psi; 0.30 mbar) on Olympus Mons's peak to over 1,155 pascals (0.1675 psi; 11.55 mbar) in the depths of Hellas Planitia.

Quelle

Einmal mehr: Was ist ein Vakuum? 0 mbar? Dann haben wir selbst im interstellaren Raum kein Vakuum.

https://www.pfeiffer-vacuum.com/de/know-how/einfuehrung-in-die-vakuumtechnik/grundlagen/druck-definition/
https://de.wikipedia.org/wiki/Vakuum#Druckbereiche

Der Bereich von 1-300mbar wird als Medium vacuum (dt. Grobvakuum) bezeichnet. Darunter beginnt der High Vacuum Bereich (dt. Feinvakuum).

Für die einen ein sehr tiefes Grobvakuum, für die anderen die vielleicht dünnste Atmosphäre des Sonnensystems.......kommt wohl drauf an was man als Atmosphäre noch durchgehen lässt. Aber selbst die "Atmosphäre" des Monds mit seinen 1 Pikobar oder 10^-9 mbar (am Tag) besitzt einen eigenen Wikieintrag.

Bzgl. der Koronaentladung mag der Druckbereich auf dem Mars natürlich begünstigend wirken, aber wie DF2MZ bereits schrieb, muss man das elektrische Feld eben an kritischen Stellen abschirmen. Ich sehe das keinesfalls als technisches Problem, erst recht nicht bei Steckverbindungen, denn dort kann ich ja Hohlräume beispielsweise durch Füllung mit Isolatormaterial umgehen, dann kommt es dort auch nicht zu Stoßionisation

Du magst mit der Deffinition von Vakuum recht haben, ich denke hier eher an die praktischen Bedingungen, z.B. das Wasser in tiefen Marsregionen nicht sofort verdampft.
Das macht zwar bei Wasser nur 10°C aus, ist aber auch für viele anderen Prozesse wichtig, z.B. wo es um das Ausgasen von Kunststoffen geht.
Weiterhin reduziert die die Gefahr das glatte Metalloberflächen bei Kontakt kaltverschweißen.
Genau sowas dürfte bei Steckverbindern aber eine Rolle spielen.
Leider fehlt der Marsatmosphäre zumindest der Faktor 10 an Druck, das wäre zwar immer noch viel zu wenig um ohne Druckanzug zu überleben würde aber sehr vieles erleichtern.

 

viel zu wenig um ohne Druckanzug zu überleben würde aber sehr vieles erleichtern.

Das ist wahr, da hätten wir auch einen größeren "drive" zum Mars.

Weiterhin reduziert die die Gefahr das glatte Metalloberflächen bei Kontakt kaltverschweißen.
Genau sowas dürfte bei Steckverbindern aber eine Rolle spielen.

Ungewolltes Kaltverschweißen von Bauteilen ist durchaus ein Thema in der Raumfahrt, da die meist schützende Metalloxidoberfläche sich im Vakuum nicht erneuern kann und erstmal durch Verschleiß abgetragen zu einem direkten Metall/Metall-Kontakt führt, der Kaltverschweißen begünstigt.

Werden wir deshalb nie Steckverbindungen auf dem Mars sehen, die der Atmosphäre ausgesetzt sind? Kann ich mir nicht vorstellen. Da kann man sicherlich mit der Rauigkeit gezielt gegensteuern oder indem man nicht identische Metalle/Legierungen bei den Steckpartnern benutzt.
Was hat der Prozess aber jetzt mit dem Wasser auf dem Mars zu tun?

Wasser führt leicht zu Korrosion und in Verbindung mit Salzen zu krischströmen und Kurzschlüssen.

Da könnte man aber evtl. "draußen" mit etwas höherem Einsatz von Konservierungsfetten was dagegen tun. Sowas wie man beim Canadarm auch anwendet. Wird gebraucht und hält aber auch eine ganze Weile ohne Verdunsten.
Ansonsten bin ich dafür daß man draußen nur dort wo unbedingt nötig Stecker anwendet. Es wird auch nicht soviel Notwendigkeit dafür geben. Sollten ja stationäre Anlagen sein.

Für wirklich weite Strecken bin ich da immernoch für Supra-Kabelkanäle im Gegentakt. Kann ja auch sein, daß die KiloPower-Reaktoren mal zum Einsatz bereit sind. Die möchte man nicht vor dem Küchenfenster haben.

Wasser führt leicht zu Korrosion und in Verbindung mit Salzen zu krischströmen und Kurzschlüssen.

Danke, das beantwortet meine Frage. Also nichts.

Ich wollte damit sagen das es auf dem Mars vermutlich nicht so leicht zu Kaltverschweisungen kommt und es vermutlich kaum Probleme wegen Kurzschlüssen durch Regenwasser kommen kann weil eben alles Trocken ist.
Die Frag ist dann aber wie sich der elektrische Widerstand vom Marsboden verhält. Ist der niederohmig genug, braucht man zur Stromübertragung eventuell nur einen Leiter.

Das mag eine Erwägung für Telefonie sein, in der Anfangszeit der Telefone nahm man noch die Erde als einen der Leiter. Hier auf dem Mars könnte man in 12,37 Meter Tiefe und großen "Erd"blechen vlt auch sowas machen.
Aber wer will das? Moderne Telefonie braucht hohe Datenraten, also wenig Widerstands- und KapazitätsVerluste. Und definierte Wellenwiderstände auf den Leitungen. Und bei Datenübermittlung zwischen diverser Elektronik sowieso. Also da wird man schneller ein Glasfasernetz haben als zur gleichen Zeit in Deutschland 
Aber was die Übertragung von "Dickstrom" betrifft - Wenn überhaupt Leitfähigkeit vorhanden ist, sind damit Widerstände verbunden, die außer Erwägung liegen.
Und um die "Erd"bleche herum findet eh Stromverdrängung statt.