火星表面有很大的風,"祝融號"可以利用上面的風力發電嗎?

綜述

世界上的科學技術跟能源總是緊密相連,兩者是脫不開關係的。第一次工業革命期間,以蒸汽作為動力的機器裝置被人們廣泛使用,逐漸替代了以前的傳統手工業,而第一個完成這場革命的英國無疑成為了一方霸主。

蒸汽機的能源——煤炭的需求量也日益增加,與此同時,濃濃的黑煙伴隨著能源的使用被不斷排放在了天空,為如今的環境汙染埋下了禍端。

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隨著科學家們對於雷電和電磁學的研究,1866年,西門子發明了發電機,這也使得電氣成為了普及全球的動力,也令石油取代了煤炭成為世界上最主要的能源,促進了第二次工業革命的爆發。

電力無疑是非常實用的能源,直到今天為止,電力也依然存在於我們生活中的方方面面,比如手機、電腦、照明用具等等,可以說,人類的生活已經離不開電了。

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除了石油以外,世界上其實還有很多方式可以用來發電,譬如煤炭、水能、風能、太陽能、核能等等。

隨著航天航空事業的發展,越來越多的空間探測器肩負著重大的任務前往各大行星當中,它們一般都是以太陽能發電為主,那麼這些空間探測器是否可以用其他的能源發電呢?

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比如在火星上,聽說這顆星球上風力很大,我國發射到上面的“祝融號”火星車可以風力發電嗎?

“祝融號”火星車

在近現代以來,人類越發想要找到太陽系中另外一顆能夠“接納”地球人進行太空移民的備用家園,只是在上個世紀60年代以後,太空技術不斷髮展下,發射出的空間探測器在遠距離觀測後發回的資料顯示,除了地球以外,其他的行星基本上都不滿足生命存在和生活的需求。

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然而人類依然不肯放棄,而火星這顆同樣存在於太陽系宜居帶的行星,雖然它的地表環境不佳,但人類依然認為這是人類未來移居的最可能的星球。

也正是因為這個原因,在2030年以後,美國和中國等航天大國將會相繼安排火星相關任務,比如美國正式宣佈將在2030年後實現載人登入火星的計劃。

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我國也不甘示弱,為了不在太空時代處於落後的位置,對火星探測制定了詳細的三步走計劃,一如既往地進行穩步紮實的“慢跑”前行。

“祝融號”火星車就是我國探測火星的第一步,也是“天問一號”火星探測任務。當熱,“祝融”這個名字也是隻有中國人才能明白的浪漫,他是中華傳統神話中的一位古帝,是大荒十神之一,也被叫做是火神。

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給我國第一個火星車取名為“祝融”,這不僅僅是對火星車登入火星的期許,更是寓意它將會點燃中國太空探測和探索的火種。

2020年7月23日,在無數人的期望下,長征五號攜帶著“祝融號”火星車發射升空,到了2021年5月22日,經過漫長的等待以後,“祝融號”火星車已經安全到站,來到了火星的表面,開始了自己的工作。

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到2021年8月23日為止,“祝融號”火星車已經在火星上工作了100天,並且行走了超過1000米的路程,這是極其有意義的一天。

“祝融號”火星車與其他大多數的空間探測器一樣,是以太陽能作為來到太空的主要能源,因為在太空不像是地球一樣,有著大氣層的遮擋會出現陰雨天氣,導致光線不足,所以太空當中的太陽能利用效率遠遠高於地球上,利用像是一對“小翅膀”一樣的光伏電池就能將太陽能轉化成為電能,足夠空間探測器的能源需求了。

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自然,太陽能也不是唯一一個空間探測器的能源,事實上,美國的“好奇號”和“毅力號”火星車為了保證其效能,以免功率不足,還使用了核電池這種能量密度非常高的能源方案。

這種能源固然很優秀,而且很有可能在未來將成為人類探測宇宙的最重要的手段之一,但是目前來說,核電池成本太高,而且相關技術並不成熟,甚至還會釋放發射性的核廢料,從而對探測的目的星球環境造成汙染,因此核電池並沒有受到當前廣泛應用,太陽能依舊是最主要的能源標配。

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然而火星上的陽光密度並不算很高,不像是在月球上可以獲得充足的太陽能,火星距離太陽比地球更遠,在火星上的太陽只有地球的5/8,因此火星接收的太陽光照就少於地球,大概是後者的0。4328倍左右,還不到一半。

同時由於火星上稀薄的大氣層中還有豐富的塵埃,太陽光會被這些塵土散射或者折射到太空環境中,能夠到達火星地球的太陽光就更加少了,看起來也比較昏暗。

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而且火星上還有動輒半年的毫無陽光照射的黑暗期,火星車的蓄電池根本無法儲存足夠它們活動到直到太陽恢復的時候,因此只能進行休眠,等待身處的地表上有足夠的陽光照射。

再加上太空環境下太陽輻射和宇宙射線極其強烈,火星大氣稀薄,根本無法阻攔這些輻射和射線,地表每天大概遭受的輻射數量為0。64希沃特。太陽電池如果長期處在這樣的環境下,會逐漸失效,從而導致火星車的能量不足,進而報廢。

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“祝融號”火星車能用風力發電嗎

既然火星上太陽能有著很多的缺點,那麼轉而利用風力可以滿足火星車的執行嗎?我們先來看一看火星上的風力如何。

風其實也與太陽光有著不可分割的關係,是太陽光照射在地表上,使得該地溫度增加,從而空氣受熱上升,而同時冷空氣又橫向進入。

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但是原本的熱空氣來到上空以後,又因為失去了地表的溫度而逐漸冷卻,導致質量變重,又開始下降,相反冷空氣又加熱成為了熱空氣,也不斷上升。這樣的空間之前的流動就形成了我們所熟知的風,一般而言是呈水平方向運動的。

火星上面雖然沒有濃厚的大氣層,但是比起真空的月球來說,也算是有一層大氣,其中絕大多數都是由二氧化碳組成,其他的小部分則是氧氣、氬氣、氮氣和水汽。

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而有了大氣層,自然也就會形成風,太陽輻射照射到火星的地表,但是各個區域的輻射強度不同,溫度也就不同,從而導致了火星地表存在溫差和壓強,引起空氣流動,火星上的風也就產生了。

早在2018年12月的時候。美國航天局就通過了火星車發現了火星地表的“風聲”,根據探測後得出了該地區最強的風力已經達到了每秒28米。這也就說明了火星上存在著風,而且理論上是能夠實現風力發電的。

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然而經過科學家們的研究和分析以後,結論顯示,火星上的發電效率卻並不高,並且也沒有太陽能好用。這也是火星上的大氣層密度太低了,比起地球來說,只有後者的1%左右,因此風力其實並不強。

如果要利用火星的風力發電,那麼必須要火星上的平均風速達到我們地球上的4。5倍左右,這樣才能滿足發電的需求。

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除此之外,火星上還有著非常可怕的沙塵暴,雖然它地表的風力較弱,但是火星上也沒有樹木、花草等能夠阻攔風力的障礙物,反而是滿是沙丘等摩擦較小的地面。

再加上空氣中大量的沙塵,一旦有風經過,火星地表的隕石坑、沙丘等凹凸不平的地形將氣流擾亂,從而會形成橫向漩渦,進而成為沙塵暴,並且越演越烈,甚至持續幾個月的時間。

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經過觀測後發現,火星上的沙塵暴風速甚至是達到了每秒180米,幾天的時間就能將整顆火星都捲進沙塵暴當中,直到陽光被阻擋,地表溫度逐漸下降,沙塵暴才會開始減弱。

比起火星上而言,地球上比如我國西北地區的沙塵暴才每秒28米左右,相當於是前者的1/6左右,足以想象火星的沙塵暴有多可怕了。

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這樣的沙塵暴無疑會對火星車造成極大的影響,極有可能將它們掀翻、拋擲導致毀壞,而且鋪天蓋地的沙塵也會將火星車掩蓋,還會將它們的太陽能電池板覆蓋,從而使得它們獲取太陽能的能力下降,最終沒有足夠的能量恢復,從而“失聯”。

哪怕是火星車具有了風力發電裝置,也會因為風暴和沙塵的原因導致塵土進入,從而引發堵塞、磨損等問題。

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也因此,在目前的科技水平下,“祝融號”火星車還無法做到利用風力發電,或許可以將風力發電作為輔助發電功能,在太陽光減少的時候進行適當的風能補充能源,但總的來說,火星開發利用條件是在是太差了。

結論

人們的科技正在不斷的發展當中,2030年航天大國們也將會把目光投入到火星探測的道路上,或許等到那個時候,在全人類的共同發展和努力下,目前我們所面臨的火星難題也將會一一得到解決,或許我們未來真的可以利用風力發電呢。

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