Triboelektrický generátor pro využití na Marsu

Abstract

Cílem této práce je navrhnout koncepci škálovatelného triboelektrického generátoru pro využití na povrchu Marsu. V první fázi je provedena podrobná analýza specifických podmínek marsovského prostředí – zejména velmi nízkého atmosférického tlaku, složení atmosféry, prachových bouří, teplotních výkyvů a radiace – a jejich vlivu na funkčnost triboelektrických generátorů. Následuje rešerše současných technologií obnovitelných zdrojů energie v meziplanetárních misích a principů triboelektrických nanogenerátorů (TENG), včetně popisu čtyř základních režimů provozu. Na základě těchto vstupů jsou identifikovány nejvhodnější páry materiálů (např. PTFE–Al), optimalizované pro vysokou hustotu náboje a nízké opotřebení. Klíčové je využití volně stojící triboelektrické vrstvy v posuvném režimu, integrované v konfiguraci s vertikální osou rotoru (VAWT) a hermeticky uzavřenou komorou s CO pro zvýšení výkonu. Výsledkem je konkrétní konstrukční návrh horizontálně vrstveného generátoru, připraveného k experimentálnímu ověření v podmínkách vakuové komory. Navržený systém by mohl významně rozšířit možnosti autonomního napájení budoucích marsovských stanic a robotických systémů.

The aim of this thesis is to propose the concept of a scalable triboelectric generator for deployment on the surface of Mars. In the first phase, a detailed analysis of the Martian environment—specifically its extremely low atmospheric pressure, CO-rich atmosphere, frequent dust storms, broad temperature swings, and heightened radiation levels—is conducted to assess their effects on triboelectric generator performance. This is followed by a comprehensive review of current renewable-energy technologies used in interplanetary missions and the operating principles of triboelectric nanogenerators (TENGs), including their four fundamental modes of operation. Based on these insights, the most suitable material pairs (e.g., PTFE–Al) are identified and optimized for high charge density and minimal wear. A key innovation is the incorporation of a free-standing triboelectric layer operating in sliding mode, integrated within a vertical-axis wind turbine (VAWT) configuration and housed in a hermetically sealed CO. The outcome is a detailed design of a horizontally layered generator, ready for experimental validation in a vacuum chamber. The proposed system has the potential to significantly enhance autonomous power generation capabilities for future Mars habitats and robotic explorers.