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火星表面有很大的風,「祝融號」可以利用上面的風力發電嗎?

2024-09-06科學

【綜述】

世界上的科學技術和能源向來都是緊密相關的,根本沒法分開。在第一次工業革命的時候,用蒸汽當動力的那些機器裝置被人們大量用起來了,慢慢就把以前的傳統手工業給取代掉了,而最先完成這場革命的英國那肯定就成了一方霸主。

蒸汽機用的能源煤炭,其需求量是越來越大了,同時呢,那濃濃的黑煙在能源使用的時候不停地往天上排,給現在的環境汙染留下了禍根。

因為科學家對雷電與電磁學展開研究,在 1866 年的時候,西門子造出了發電機,這就讓電氣變成在全球普及的動力了,還使石油替代煤炭成了世界最主要的能源,推動了第二次工業革命的出現。

電那肯定是特別實用的能源,到今兒個,電在咱生活裏到處都是,像手機、電腦、照明的那些玩意兒啥的,反正就是,人類生活根本就離不了電啦。

除了石油之外,這世界上其實有好多辦法能用來發電呢,像煤炭、水能、風能、太陽能、核能之類的。

因為航天航空事業不斷發展,有越來越多的空間探測器帶著重要任務去往各個行星了,它們通常主要靠太陽能發電,那這些空間探測器能不能用別的能源來發電呢?

比如說在火星那兒,聽說那顆星球風可大了,咱國家發射上去的「祝融號」火星車能不能風力發電呀?

【「祝融號」火星車】

從近現代開始,人類越來越想在太陽系裏找到另外能「收留」地球人搞太空移民的備用家,可從上世紀 60 年代往後,隨著太空技術持續發展,發射出去的空間探測器遠距離觀測後傳回的數據表明,除了地球,其他行星大體上都不符合生命存在和生活的要求。

不過人類還是不想放棄,火星這顆也處在太陽系宜居帶的行星,雖說它地表條件不咋好,可人類還是覺得這是人類未來最有可能去移居的星球。

就因為這,到了 2030 年往後,像美國還有中國這些航天大國就會陸續安排跟火星有關的任務,好比說美國就正式講了,要在 2030 年以後達成載人登陸火星的計劃。

咱國家可也不孬,為了別在太空時代掉了隊,給火星探測弄了個很詳細的三步走規劃,一直穩穩當當、紮紮實實地「慢跑」向前。

「祝融號」火星車乃是中國探索火星邁出的第一步,也是「天問一號」火星探測的任務嘛。當然了,「祝融」這名字也就咱中國人能懂得那種浪漫,他可是中華傳統神話裏的一位古帝,屬於大荒十神之一,還被稱作火神呢。

把中國第一個火星車叫「祝融」,這不單是對火星車登上火星的盼望,還意味著它能點燃中國太空探測與探索的火苗。

2020 年 7 月 23 號,好多人都盼著呢,長征五號就帶著「祝融號」火星車發射上去了,到 2021 年 5 月 22 號,等了老長時間後,「祝融號」火星車就平安抵達了,到了火星表面,開始幹它自己的活兒了。

截至 2021 年 8 月 23 號,「祝融號」火星車在火星上都工作 100 天啦,還走了超過 1000 米的路呢,這一天可太有意義了。

「祝融號」火星車跟其他好多空間探測器一樣,主要靠太陽能來供能到太空,因為太空不像地球有大氣層擋著會有陰雨天氣致使光線不足,所以太空裏太陽能利用效率比地球上高得多,用那像一對「小翅膀」似的光伏電池就能把太陽能轉成電能,就夠空間探測器的能源需要了。

當然了,太陽能可不是空間探測器就只有的那一個能源,實際上,美國的「好奇號」跟「毅力號」火星車為了能讓效能有保障,防止功率不夠,還用上了核電池這種能量密度特別高的能源辦法。

這種能源確實挺不錯的,也很有希望在以後成為人類探測宇宙的重要手段之一,可當下呢,核電池成本老貴了,相關技術也不成熟,還會放出有放射性的核廢料,會給探測的星球環境帶來汙染,所以核電池現在沒被廣泛用起來,太陽能還是主要的能源配備。

不過火星上陽光的密度可不咋高,不像在月球上能得到足夠的太陽能,火星離太陽比地球遠多了,火星上的太陽才是地球上的八分之五,所以火星接收的太陽光就比地球少,差不多是地球的 0.4328 倍,連一半都不到。

同時因為火星那稀薄大氣層裏有著不少塵埃,太陽光會被這些塵土給散射或者折射到太空裏去,能抵達火星地球的太陽光就更少了,看上去也挺昏暗的。

而且火星上動不動就有長達半年一點陽光都沒有的黑暗時期,火星車的蓄電池壓根沒法存夠能讓它們活動到太陽恢復時的電量,所以就只能休眠,等著所在的地表有充足陽光照過來。

而且太空環境裏太陽放射線跟宇宙射線特別強烈,火星的大氣又很稀薄,根本就擋不住這些放射線和射線,地表每天差不多要遭受 0.64 西弗的放射線量呢。太陽電池要是長時間在這種環境裏,就會慢慢失效,那火星車就會能量不夠,接著就報廢了。

【「祝融號」火星車能用風力發電嗎】

既然火星上太陽能有好多缺點,那換成利用風力能不能滿足火星車執行呢?咱先來瞧瞧火星上的風力咋樣。

風跟太陽光有著扯不開的關系,太陽光照到地表,就讓那地方溫度升高,然後空氣受熱就往上升,與此同時呢,冷空氣又橫著進來了。

可原本那熱空氣到了上空後,由於沒了地表溫度就慢慢冷卻了,品質就變重了,接著又往下降,而冷空氣又被加熱變成了熱空氣,還不斷往上升。這樣空間裏先前的這種流動就構成了咱們都知道的風,通常是朝著水平方向運動的。

火星上雖說沒有那種很濃厚的大氣層,可跟真空的月球比起來,那也算得上有一層氣呢,這裏面大部份都是二氧化碳,剩下的小部份是氧氣、氬氣、氮氣還有水汽。

因為有了大氣層,那就會有風形成嘛,太陽放射線照到火星表面,可各個地方放射線強度不一樣,溫度也就有差別,這樣就讓火星地表有了溫差和壓力,使得空氣流動起來,火星上的風就出現了。

在 2018 年 12 月那會。美國航天局靠著火星車察覺到了火星地表有「風聲」,探測完後知道了該地區最強風力到了每秒 28 米。這就表明火星有風,理論上還能搞風力發電呢。

不過經過科學家研究分析後得出,火星發電效率挺低的,還沒太陽能好使呢。這是因為火星大氣層密度太低啦,跟地球比,也就地球的百分之一左右,所以風力實際上並不強。

要是想用火星的風力來發電,那就得讓火星上的平均風速差不多達到地球上的 4.5 倍,只有這樣才可以滿足發電需要。

另外,火星上存在特別嚇人的沙塵暴呢,盡管它地表的風不算強,可火星上又沒有樹木、花草之類能阻擋風的東西,倒是到處都是沙丘那種摩擦力小的地面。

再加上空氣中好多沙塵,只要有風一來,火星地表那些隕石坑、沙丘之類凹凸的地形就把氣流給弄亂了,這樣就會形成橫向的漩渦,接著就變成沙塵暴了,而且還會越來越厲害,甚至能持續好幾個月呢。

觀測後曉得,火星上那沙塵暴的風速能到每秒 180 米呢,就幾天功夫就能讓整顆火星都被卷進沙塵暴裏,得等陽光被擋住了,地表溫度慢慢降下去了,那沙塵暴才會開始變弱。

跟火星比起來,地球上像咱國家西北地方的沙塵暴也就每秒 28 米上下,差不多是火星的六分之一吧,這就能想見火星沙塵暴多嚇人了。

這種沙塵暴肯定會給火星車帶來很大影響,很可能把它們弄翻、扔出去弄壞了,那漫天沙塵還會蓋住火星車,也會把它們的太陽能電池板蓋住,這樣它們獲取太陽能的本事就變小了,最後沒足夠能量恢復,就「失聯」了。

就算火星車有了風力發電的玩意兒,可還是會由於風暴跟沙塵使得塵土進去,進而造成堵塞、磨損之類的問題。

所以啊,就當下的科技水平而言,「祝融號」火星車沒法靠風力發電,也許能把風力發電弄成個輔助發電的功能,在太陽光少的時候適當用風能補充點能源,但總體來講,火星那開發利用的條件實在是太糟了。

【結論】

人們的科技一直在不停地發展,到 2030 年那些航天大國估計就會把眼光放到火星探測上去了,說不定到了那會兒,靠著全人類一起發展和使勁兒,現在咱們碰到的火星難題都能一個一個地被解決,說不定咱以後還真能用上風力發電呢。