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近年來，我國不斷加快火星探測的步伐，2028年前后將發(fā)射天問三號探測器，2031年前后實現火星樣品返回地球。為順利開展這些任務，我國科學家一直探索如何有效利用火星上的現有資源，為未來火星長期科研和人類駐留提供能源和資源保障。

火星發(fā)電將為建科研站提供能源保障

近期，中國科學技術大學的研究團隊就利用火星大氣作為介質，開展了儲能和發(fā)電方面的研究，并取得新進展。

科研人員介紹，在火星上發(fā)電并非易事，要考慮到使用一種易于獲取且用之不竭的介質來實現發(fā)電。在地球上發(fā)電，例如火電站和核電站使用的工作介質一般是水。而在宇宙空間開展核能發(fā)電，此前科學界討論比較多的是采用稀有氣體氦-氙作為工作介質，但是氦-氙并不是火星上原生的資源，會面臨從地球運輸到火星過程中出現泄漏后不能及時補充的問題。那么如何用火星上原生的資源發(fā)電？中國科學技術大學研究人員提出將火星大氣作為發(fā)電系統工作介質的新思路。

中國科學技術大學研究員 石凌峰：工作介質它其實是發(fā)電系統的一個能量轉化的載體。我們也可以通俗地把它稱為發(fā)電系統的“血液”。火星大氣具有優(yōu)良的熱電轉化性能?；鹦谴髿馑倪@種性質，它的這個分子質量是比較大的，比熱容也比較高，那么這種特性帶來了熱功轉換性能是較為優(yōu)異的。

經過研究分析，科研人員發(fā)現相較于目前廣泛研究的氦-氙稀有氣體方案，以二氧化碳為主的火星大氣具有較大的分子質量和單位體積做功能力，將其用于發(fā)電系統，效率最大可提升20%、功率密度最大可提升14%，而且可以實現工作介質原地隨時獲取，這就為未來大規(guī)模火星探測任務提供了一種“因地制宜”的能源生產解決方案。

石凌峰介紹，利用火星大氣就相當于是利用了當地的資源，這個對未來可持續(xù)的火星科研站建設是一個很好的技術方案。

研發(fā)火星電池將為火星探測提供儲能方案

不僅在火星發(fā)電領域，研究團隊同時還開展了利用火星大氣進行儲能方面的研究，這有望為將來在火星上開展的探測任務提供能源方面的保障。

與地球表面不同，火星大氣由二氧化碳、氮氣、氬氣等氣體組成，其中二氧化碳含量高達95%以上，這成為火星資源利用的主要關注對象。為了將來人類可以利用火星上的大氣進行儲能，中國科學技術大學科研團隊創(chuàng)新性地提出了火星電池儲能系統概念。這種火星電池以火星大氣中的活性物質作為反應燃料，來實現電量釋放，為火星探測器和基地等提供持續(xù)能源供給。而在電能儲存時，則結合電能、光能、熱能等能量形式，將能量重新存儲到火星電池儲能系統中。

中國科學技術大學博士后 肖旭：火星氣電池其實跟鋰空氣電池、鋰二氧化碳電池是一脈相承的，它是將空氣中或者是火星中的大氣成分吸入到電池里面，然后作為它的主要的活性氣體，然后釋放出電能，供火星車或者是火星直升機的使用。

研究人員在模擬火星大氣及晝夜溫差的條件下，對這種電池的性能開展了測試。結果顯示，即使在0℃低溫環(huán)境下，電池依然能穩(wěn)定驅動電子設備。使用火星大氣作為燃料，不僅大幅減輕了電池系統整體重量，還實現了能源的就地獲取與自給自足，為火星開發(fā)與研究提供了全新的高能量密度儲能方案，對提升火星任務的自主性與可持續(xù)性具有重要意義。

火星氣體高效利用將推動深空能源系統構建

火星與地球擁有相似的自轉周期和四季變化。專家表示，火星氣體的高效開發(fā)利用，正成為推動下一代深空能源系統構建的關鍵突破口。

據介紹，未來，圍繞火星氣體的能源化和資源化利用，結合發(fā)電、儲能、供熱、制氧、制燃料等，可以進一步拓展形成火星大氣利用的綜合能源系統。比如，火星表面的平均溫度只有約零下63℃，發(fā)電系統的低溫段余熱，能夠解決火星科研站的熱能供應問題，同時中溫段和高溫段火星氣體可以分別為甲烷化反應制燃料和高溫電解制氧技術提供反應氣，將富含的大量碳原子和氧原子的火星氣體，轉變?yōu)檠鯕夂图淄槿剂系忍綔y任務所需的寶貴資源。因此可以說，火星氣體的高效開發(fā)利用，正成為推動下一代深空能源系統構建的關鍵突破口。

中國科學技術大學研究員 石凌峰：要研究火星就需要有很多的探測設備，就要建立科研站。這些科研站、探測設備，就需要有能源作為一個基礎的保障，我們在火星上去建立能源系統，我們想到的就是需要建立一些因地制宜的方案。我想這個研究像是一個新的起點跟出發(fā)點，這個還是有很長的一段路要走的。