听说火星上风很大，那祝融号可以用风力发电吗？

你是否好奇，在火星上，风能如何为祝融号提供动力？2021年5月22日，祝融号火星车成功驶离着陆平台，踏上火星表面，开启巡视探测任务。在火星工作期间，它需要稳定的能量来支持环境感知、移动和科学探测。

就像人类需要饮食来维持活力，火星车也必须依赖可靠的能源。祝融号的能量来源是什么？火星上风力强劲，能否利用风能发电呢？

着陆火星后的祝融号艺术效果图

（图片来源：国家航天局）

航天器的能量来源

太阳能是大多数航天器的主要能源，如空间站和卫星都配备光伏电池翼，将光能转化为电能。太空环境无阴天干扰，发电效率远高于地球。火星车和月球车也常采用太阳能，但并非唯一选择。NASA的好奇号火星车就使用核电池供电，提供更大功率和可靠性。

2021年2月，毅力号火星车登陆火星，它依赖多任务同位素温差电源，全部能源由核电池供应。核电池能量密度高，是深空探测的理想选择，但成本高昂且产生放射性废物，技术仍需提升。太阳能电池仍是多数航天器的标准配置。

火星阳光密度低，存在长达半年的黑夜期，太阳能电池效率大打折扣。蓄电池储能有限，火星车只能休眠等待光照。宇宙射线和弱光也影响电力输出。是否有其他能源可互补？

火星丰富的风资源

火星拥有大气层，主要成分为二氧化碳，但大气稀薄，导致风力成为潜在能源。2018年，NASA洞察号首次捕捉到火星风声，风速达每秒4.5-6.7米，最强时可达28米/秒。风能本质是太阳能的间接表现，火星昼夜温差大，气体流动形成强风。

能否在火星车上安装风力发电机？风能发电可行，但效率低。火星大气密度仅为地球的1%，需更高风速补偿发电量。不过，作为互补能源，小型风力发电机可在黑夜或沙尘暴时提供备用电力。

地球和火星上的风力机发电功率对比（红色：地球，黑色：火星）（图片来源：参考文献4）

2010年，丹麦奥胡斯大学在风洞Simulator II中模拟火星大气，验证了小型风力发电机的可行性。奥胡斯大学的实验为火星风能利用提供了关键数据，展示了轻量化设计的潜力。

奥胡斯大学的风洞Simulator II（左图），小型实验风力机（右图）（图片来源：参考文献2）

早在1980年代，科学家就探讨火星风能利用，提出在环形山边缘安装垂直轴风力发电机，利用风速提升发电效率。这种战术多样性为未来任务提供灵感，火星车或可停靠地形高处充电。

风绕过环形山形成的尾迹（左图）安装的垂直轴风力发电机（右图）（图片来源：参考文献5）

针对火星低密度大气，需定制风力发电机。高空风能密度更高，概念设计如氢气球悬浮风力机，可大幅提升输出。MIT等机构已在地球验证此类技术。

恐怖的火星沙尘暴

火星沙尘暴是主要挑战，风速可达180米/秒，席卷全球。地表无植被阻挡，风暴肆虐，沙尘覆盖影响设备。我国西北沙尘暴风速约28米/秒，而火星风暴更狂暴。

我国火星基地（如甘肃金昌）模拟火星环境，地形相似。图为新疆哈密火星基地（图片来源：作者提供）

火星地形复杂，气流紊乱，易形成尘卷风。沙尘磨损设备，需抗磨损涂层和密封处理。高温散热和低温润滑问题也需解决。

火星上连绵不绝的沙丘（图片来源：inverse.com）

总体而言，祝融号利用风能可行，但需克服低效率、沙尘暴和技术难题。随着科技进步，风能或成火星探测的重要补充。奥胡斯大学的研究为未来任务铺路，让我们期待更多创新方案。

参考文献：

[1]链接4

[2] 链接9,University%20in%20Denmark%20in%20the%20fall%20of%202010.

[3]https://www.researchgate.net/publication/252363322_Wind_Energy_a_Resource_for_a_Human_Mission_to_Mars.

[4] Delgado-Bonal, Alfonso & Martín-Torres, F. J. & Vázquez-Martín, Sandra & Zorzano, María-Paz. (2016). Solar and wind exergy potentials for Mars. Energy. 102. 550-558. 10.1016/j.energy.2016.02.110.

[5] H .W. Haslach, Wind energy feasibility for a human mission to Mars: preliminary study"", Proceedings of Fifth ASME Wind Energy Symposium, New Orleans, La., Feb.23-26, 1986

[6] Matthew D. Lichter, Larry Viterna, Performance and feasibility analysis of a wind turbine power system for use on Mars. NASA/TM-1999-209390.

来源：科学大院

来源： 中科院物理所

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