風(fēng)力發(fā)電機(jī) 聽(tīng)說(shuō)火星上風(fēng)很大，那祝融號(hào)可以用風(fēng)力發(fā)電嗎？( 二 )
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奧胡斯大學(xué)的風(fēng)洞Simulator II（左圖），小型實(shí)驗(yàn)風(fēng)力機(jī)（右圖）（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)2）
其實(shí)，早在上世紀(jì)80年代，馬里蘭大學(xué)（University of Maryland）的科學(xué)家亨利·哈斯拉赫（Henry W Haslach）就論證了人類移民火星時(shí)利用風(fēng)能的可能性。為提高火星上風(fēng)能的輸出功率，他提出了一個(gè)大膽而有趣的想法——將貨運(yùn)飛船停靠在火星的環(huán)形山邊緣，之后在飛船的桅桿上安裝一臺(tái)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。由于在風(fēng)吹過(guò)環(huán)形山時(shí)，風(fēng)速會(huì)在邊緣位置大幅提高，同時(shí)會(huì)形成高速脫落的漩渦，將沙塵卷起，這使得空氣密度也略微增大，能在最大程度上彌補(bǔ)風(fēng)功率的不足。說(shuō)不定，以后的火星車(chē)在面臨電量不足的情況時(shí)，也會(huì)采用相同的策略，停靠在環(huán)形山外圍，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行充電。
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【 風(fēng)力發(fā)電機(jī)|聽(tīng)說(shuō)火星上風(fēng)很大，那祝融號(hào)可以用風(fēng)力發(fā)電嗎？】風(fēng)繞過(guò)環(huán)形山形成的尾跡（左圖）安裝的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)（右圖）（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)5）
想要利用火星上的風(fēng)力資源給火星車(chē)供電，還需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)況有針對(duì)性地設(shè)計(jì)適合安裝在火星車(chē)上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。火星的大氣密度低，只能通過(guò)高風(fēng)速來(lái)補(bǔ)償發(fā)電量的虧損。由于風(fēng)剪切的作用，距離地面越高，平均風(fēng)速越大，高空的風(fēng)能密度是低空風(fēng)能的十倍至百倍。
受此啟發(fā)，1999年，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的馬修·里奇（Matthew D. Lich）和NASA格倫研究中心的博士生拉里·維特納（Larry Viterna）提出了一種火星風(fēng)能利用的概念機(jī)，即使用氫氣球與系錨系統(tǒng)將風(fēng)力機(jī)懸浮在高空中，從根本上解決火星風(fēng)力發(fā)電性能不足的問(wèn)題。此后，麻省理工學(xué)院（MIT）的科學(xué)家聯(lián)合美國(guó)奧泰羅能源公司(Altaeros Energies)的工程師借鑒了這種形式，在地球上驗(yàn)證了這種高空風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可行性。
恐怖的火星沙塵暴
雖然通過(guò)上述措施可以在火星上實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的目的，但實(shí)際仍面臨諸多難題。其中，最具有挑戰(zhàn)性的就是火星上恐怖的沙塵暴。
火星是一顆不折不扣的沙漠星球，其地形地貌形成于遠(yuǎn)古地質(zhì)活動(dòng)較為活躍的時(shí)期，地表遍布沙丘和礫石，大量的沙塵懸浮在空氣中，每年都會(huì)出現(xiàn)狂暴的沙塵暴。實(shí)際上，火星本身的風(fēng)力并不強(qiáng)，但由于地表沒(méi)有草木等阻擋物，地面摩擦系數(shù)小，風(fēng)暴得不到有效遏制。（有關(guān)火星上的風(fēng)與沙塵暴，可點(diǎn)擊此處學(xué)習(xí)有用的知識(shí)）
在持續(xù)多月沙塵暴的侵襲下，整個(gè)地表逐漸被厚厚的沙塵所覆蓋，只有當(dāng)其遮擋住陽(yáng)光后，地表溫差慢慢減小，風(fēng)暴才逐步減弱。我國(guó)西北地區(qū)的沙塵暴的風(fēng)速在28 m/s左右，而火星沙塵暴的風(fēng)速可以高達(dá)180 m/s，數(shù)天時(shí)間就可以席卷整個(gè)星球。地球上的沙塵暴和火星比起來(lái)，顯然是“小巫見(jiàn)大巫”。
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我國(guó)有三個(gè)火星基地（甘肅金昌、新疆哈密大海道和青海海西州茫崖），它們?cè)诘匦蔚孛埠妥匀伙L(fēng)光上和火星別無(wú)二致，均號(hào)稱自己是“中國(guó)最像火星的地方”。圖為新疆哈密的“火星基地”（圖片來(lái)源：作者提供）
通常意義上，只有在水平方向運(yùn)動(dòng)的氣流才稱為風(fēng)。雖然火星的直徑約為地球的53%，但其表面凹凸不平，導(dǎo)致其表面積和地球相當(dāng)。表面的隕石坑、沙丘等復(fù)雜地形會(huì)擾亂氣流，一旦滋生出穩(wěn)定的橫向旋渦，卷起地表顆粒和沙塵，就會(huì)形成塵卷風(fēng)，甚至在局部區(qū)域出現(xiàn)多股塵卷風(fēng)。
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火星上連綿不絕的沙丘（圖片來(lái)源：inverse.com）
總體來(lái)說(shuō)，祝融號(hào)等火星車(chē)在火星上進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電是完全可行的，但面臨的開(kāi)發(fā)利用條件非常惡劣。火星空氣密度低是限制風(fēng)能利用效率的罪魁禍?zhǔn)祝酥猓L(fēng)電機(jī)組還要面臨強(qiáng)風(fēng)暴以及塵卷風(fēng)的威脅。此外，其表面需要噴涂抗磨損涂層，外部連接處要進(jìn)行密封處理，以抵御沙塵的侵襲。高溫環(huán)境下的散熱問(wèn)題以及極端低溫造成的潤(rùn)滑問(wèn)題也不容小覷。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，這些問(wèn)題或者都能得到解決，有關(guān)利用火星風(fēng)能的那些奇思妙想，也終能夢(mèng)想成真。
參考文獻(xiàn)：
[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.
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