风力发电机 听说火星上风很大，那祝融号可以用风力发电吗？( 二 )
文章插图
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）
其实，早在上世纪80年代，马里兰大学（University of Maryland）的科学家亨利·哈斯拉赫（Henry W Haslach）就论证了人类移民火星时利用风能的可能性。为提高火星上风能的输出功率，他提出了一个大胆而有趣的想法——将货运飞船停靠在火星的环形山边缘，之后在飞船的桅杆上安装一台垂直轴风力发电机。由于在风吹过环形山时，风速会在边缘位置大幅提高，同时会形成高速脱落的漩涡，将沙尘卷起，这使得空气密度也略微增大，能在最大程度上弥补风功率的不足。说不定，以后的火星车在面临电量不足的情况时，也会采用相同的策略，停靠在环形山外围，通过风力发电进行充电。
文章插图
【 风力发电机|听说火星上风很大，那祝融号可以用风力发电吗？】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）
想要利用火星上的风力资源给火星车供电，还需要根据当地的风况有针对性地设计适合安装在火星车上的风力发电机。火星的大气密度低，只能通过高风速来补偿发电量的亏损。由于风剪切的作用，距离地面越高，平均风速越大，高空的风能密度是低空风能的十倍至百倍。
受此启发，1999年，美国宾夕法尼亚大学的马修·里奇（Matthew D. Lich）和NASA格伦研究中心的博士生拉里·维特纳（Larry Viterna）提出了一种火星风能利用的概念机，即使用氢气球与系锚系统将风力机悬浮在高空中，从根本上解决火星风力发电性能不足的问题。此后，麻省理工学院（MIT）的科学家联合美国奥泰罗能源公司(Altaeros Energies)的工程师借鉴了这种形式，在地球上验证了这种高空风力发电机的可行性。
恐怖的火星沙尘暴
虽然通过上述措施可以在火星上实现风力发电的目的，但实际仍面临诸多难题。其中，最具有挑战性的就是火星上恐怖的沙尘暴。
火星是一颗不折不扣的沙漠星球，其地形地貌形成于远古地质活动较为活跃的时期，地表遍布沙丘和砾石，大量的沙尘悬浮在空气中，每年都会出现狂暴的沙尘暴。实际上，火星本身的风力并不强，但由于地表没有草木等阻挡物，地面摩擦系数小，风暴得不到有效遏制。（有关火星上的风与沙尘暴，可点击此处学习有用的知识）
在持续多月沙尘暴的侵袭下，整个地表逐渐被厚厚的沙尘所覆盖，只有当其遮挡住阳光后，地表温差慢慢减小，风暴才逐步减弱。我国西北地区的沙尘暴的风速在28 m/s左右，而火星沙尘暴的风速可以高达180 m/s，数天时间就可以席卷整个星球。地球上的沙尘暴和火星比起来，显然是“小巫见大巫”。
文章插图
我国有三个火星基地（甘肃金昌、新疆哈密大海道和青海海西州茫崖），它们在地形地貌和自然风光上和火星别无二致，均号称自己是“中国最像火星的地方”。图为新疆哈密的“火星基地”（图片来源：作者提供）
通常意义上，只有在水平方向运动的气流才称为风。虽然火星的直径约为地球的53%，但其表面凹凸不平，导致其表面积和地球相当。表面的陨石坑、沙丘等复杂地形会扰乱气流，一旦滋生出稳定的横向旋涡，卷起地表颗粒和沙尘，就会形成尘卷风，甚至在局部区域出现多股尘卷风。
文章插图
火星上连绵不绝的沙丘（图片来源：inverse.com）
总体来说，祝融号等火星车在火星上进行风力发电是完全可行的，但面临的开发利用条件非常恶劣。火星空气密度低是限制风能利用效率的罪魁祸首，除此之外，风电机组还要面临强风暴以及尘卷风的威胁。此外，其表面需要喷涂抗磨损涂层，外部连接处要进行密封处理，以抵御沙尘的侵袭。高温环境下的散热问题以及极端低温造成的润滑问题也不容小觑。随着科技的进一步发展，这些问题或者都能得到解决，有关利用火星风能的那些奇思妙想，也终能梦想成真。
参考文献：
[1] https://www.nasa.gov/
[2] http://www.leonarddavid.com/blowing-in-the-wind-power-production-on-mars/#:~:text=Experimental%20demonstration%20of%20a%20small%2C%20light-weight%20wind%20turbine,University%20in%20Denmark%20in%20the%20fall%20of%202010.
推荐阅读
- 感受器 虽然很有趣，但并不是每个人都听说过的7个冷知识
- 渣男 第一次听说“渣男”是褒义词，男子自我介绍刷新三观，金星无语！
- 事业 中国航天事业费钱、无用？听说过阿尔忒弥斯协议吗
- 说唱听我的 姜云升直播辟谣，面对“渣男”指控金句频出：听说唱蠢不到这一步
- 钢材市场 风力发电被欧美国家抵制，中国开始大力建造，果真属于垃圾电？
- 渊源 通古斯大爆炸都听说过，那么通古斯人呢东亚诸多民族与其有渊源！
- 奋斗青年罗小胖 成功拿到大厂offer，听说工作比较累，该留下來吗？
- 最新消息 通用电气开发新稳定系统 让未来浮动风力发电机乘风破浪
- 银行 不想血本无归，请远离这类“理财产品”，“保本保息”听说过吗？
- 汉口光达 军团菌 听说过没有？感染上可不得了！一定记得清洗空调哦！