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火星表面有很大的风,「祝融号」可以利用上面的风力发电吗?

2024-09-06科学

【综述】

世界上的科学技术和能源向来都是紧密相关的,根本没法分开。在第一次工业革命的时候,用蒸汽当动力的那些机器设备被人们大量用起来了,慢慢就把以前的传统手工业给取代掉了,而最先完成这场革命的英国那肯定就成了一方霸主。

蒸汽机用的能源煤炭,其需求量是越来越大了,同时呢,那浓浓的黑烟在能源使用的时候不停地往天上排,给现在的环境污染留下了祸根。

因为科学家对雷电与电磁学展开研究,在 1866 年的时候,西门子造出了发电机,这就让电气变成在全球普及的动力了,还使石油替代煤炭成了世界最主要的能源,推动了第二次工业革命的出现。

电那肯定是特别实用的能源,到今儿个,电在咱生活里到处都是,像手机、电脑、照明的那些玩意儿啥的,反正就是,人类生活根本就离不了电啦。

除了石油之外,这世界上其实有好多办法能用来发电呢,像煤炭、水能、风能、太阳能、核能之类的。

因为航天航空事业不断发展,有越来越多的空间探测器带着重要任务去往各个行星了,它们通常主要靠太阳能发电,那这些空间探测器能不能用别的能源来发电呢?

比如说在火星那儿,听说那颗星球风可大了,咱国家发射上去的「祝融号」火星车能不能风力发电呀?

【「祝融号」火星车】

从近现代开始,人类越来越想在太阳系里找到另外能「收留」地球人搞太空移民的备用家,可从上世纪 60 年代往后,随着太空技术持续发展,发射出去的空间探测器远距离观测后传回的数据表明,除了地球,其他行星大体上都不符合生命存在和生活的要求。

不过人类还是不想放弃,火星这颗也处在太阳系宜居带的行星,虽说它地表条件不咋好,可人类还是觉得这是人类未来最有可能去移居的星球。

就因为这,到了 2030 年往后,像美国还有中国这些航天大国就会陆续安排跟火星有关的任务,好比说美国就正式讲了,要在 2030 年以后达成载人登陆火星的计划。

咱国家可也不孬,为了别在太空时代掉了队,给火星探测弄了个很详细的三步走规划,一直稳稳当当、扎扎实实地「慢跑」向前。

「祝融号」火星车乃是我国探索火星迈出的第一步,也是「天问一号」火星探测的任务嘛。当然了,「祝融」这名字也就咱中国人能懂得那种浪漫,他可是中华传统神话里的一位古帝,属于大荒十神之一,还被称作火神呢。

把我国第一个火星车叫「祝融」,这不单是对火星车登上火星的盼望,还意味着它能点燃中国太空探测与探索的火苗。

2020 年 7 月 23 号,好多人都盼着呢,长征五号就带着「祝融号」火星车发射上去了,到 2021 年 5 月 22 号,等了老长时间后,「祝融号」火星车就平安抵达了,到了火星表面,开始干它自己的活儿了。

截至 2021 年 8 月 23 号,「祝融号」火星车在火星上都工作 100 天啦,还走了超过 1000 米的路呢,这一天可太有意义了。

「祝融号」火星车跟其他好多空间探测器一样,主要靠太阳能来供能到太空,因为太空不像地球有大气层挡着会有阴雨天气致使光线不足,所以太空里太阳能利用效率比地球上高得多,用那像一对「小翅膀」似的光伏电池就能把太阳能转成电能,就够空间探测器的能源需要了。

当然了,太阳能可不是空间探测器就只有的那一个能源,实际上,美国的「好奇号」跟「毅力号」火星车为了能让性能有保障,防止功率不够,还用上了核电池这种能量密度特别高的能源办法。

这种能源确实挺不错的,也很有希望在以后成为人类探测宇宙的重要手段之一,可当下呢,核电池成本老贵了,相关技术也不成熟,还会放出有放射性的核废料,会给探测的星球环境带来污染,所以核电池现在没被广泛用起来,太阳能还是主要的能源配备。

不过火星上阳光的密度可不咋高,不像在月球上能得到足够的太阳能,火星离太阳比地球远多了,火星上的太阳才是地球上的八分之五,所以火星接收的太阳光就比地球少,差不多是地球的 0.4328 倍,连一半都不到。

同时因为火星那稀薄大气层里有着不少尘埃,太阳光会被这些尘土给散射或者折射到太空里去,能抵达火星地球的太阳光就更少了,看上去也挺昏暗的。

而且火星上动不动就有长达半年一点阳光都没有的黑暗时期,火星车的蓄电池压根没法存够能让它们活动到太阳恢复时的电量,所以就只能休眠,等着所在的地表有充足阳光照过来。

而且太空环境里太阳辐射跟宇宙射线特别强烈,火星的大气又很稀薄,根本就挡不住这些辐射和射线,地表每天差不多要遭受 0.64 希沃特的辐射量呢。太阳电池要是长时间在这种环境里,就会慢慢失效,那火星车就会能量不够,接着就报废了。

【「祝融号」火星车能用风力发电吗】

既然火星上太阳能有好多缺点,那换成利用风力能不能满足火星车运行呢?咱先来瞧瞧火星上的风力咋样。

风跟太阳光有着扯不开的关系,太阳光照到地表,就让那地方温度升高,然后空气受热就往上升,与此同时呢,冷空气又横着进来了。

可原本那热空气到了上空后,由于没了地表温度就慢慢冷却了,质量就变重了,接着又往下降,而冷空气又被加热变成了热空气,还不断往上升。这样空间里先前的这种流动就构成了咱们都知道的风,通常是朝着水平方向运动的。

火星上虽说没有那种很浓厚的大气层,可跟真空的月球比起来,那也算得上有一层气呢,这里面大部分都是二氧化碳,剩下的小部分是氧气、氩气、氮气还有水汽。

因为有了大气层,那就会有风形成嘛,太阳辐射照到火星表面,可各个地方辐射强度不一样,温度也就有差别,这样就让火星地表有了温差和压强,使得空气流动起来,火星上的风就出现了。

在 2018 年 12 月那会。美国航天局靠着火星车察觉到了火星地表有「风声」,探测完后知道了该地区最强风力到了每秒 28 米。这就表明火星有风,理论上还能搞风力发电呢。

不过经过科学家研究分析后得出,火星发电效率挺低的,还没太阳能好使呢。这是因为火星大气层密度太低啦,跟地球比,也就地球的百分之一左右,所以风力实际上并不强。

要是想用火星的风力来发电,那就得让火星上的平均风速差不多达到地球上的 4.5 倍,只有这样才可以满足发电需要。

另外,火星上存在特别吓人的沙尘暴呢,尽管它地表的风不算强,可火星上又没有树木、花草之类能阻挡风的东西,倒是到处都是沙丘那种摩擦力小的地面。

再加上空气中好多沙尘,只要有风一来,火星地表那些陨石坑、沙丘之类凹凸的地形就把气流给弄乱了,这样就会形成横向的漩涡,接着就变成沙尘暴了,而且还会越来越厉害,甚至能持续好几个月呢。

观测后晓得,火星上那沙尘暴的风速能到每秒 180 米呢,就几天功夫就能让整颗火星都被卷进沙尘暴里,得等阳光被挡住了,地表温度慢慢降下去了,那沙尘暴才会开始变弱。

跟火星比起来,地球上像咱国家西北地区的沙尘暴也就每秒 28 米上下,差不多是火星的六分之一吧,这就能想见火星沙尘暴多吓人了。

这种沙尘暴肯定会给火星车带来很大影响,很可能把它们弄翻、扔出去弄坏了,那漫天沙尘还会盖住火星车,也会把它们的太阳能电池板盖住,这样它们获取太阳能的本事就变小了,最后没足够能量恢复,就「失联」了。

就算火星车有了风力发电的玩意儿,可还是会由于风暴跟沙尘使得尘土进去,进而造成堵塞、磨损之类的问题。

所以啊,就当下的科技水平而言,「祝融号」火星车没法靠风力发电,也许能把风力发电弄成个辅助发电的功能,在太阳光少的时候适当用风能补充点能源,但总体来讲,火星那开发利用的条件实在是太糟了。

【结论】

人们的科技一直在不停地发展,到 2030 年那些航天大国估计就会把眼光放到火星探测上去了,说不定到了那会儿,靠着全人类一起发展和使劲儿,现在咱们碰到的火星难题都能一个一个地被解决,说不定咱以后还真能用上风力发电呢。