从空气到电能：火星原位发电站如何利用二氧化碳？

未来探索火星，要在火星栖息舱内分析从火星表面采集的岩石样本。这要多亏了 MARS-MES 系统（火星大气资源与多模式能源系统）。

栖息舱内的各项设施都能正常运转：

从照明系统、科学实验室、睡眠区、健身设备，到宇航员用来休息和放松的虚拟现实头盔；

还有氧气和燃料的生成系统，以及水处理装置。

所有这些功能都是通过将火星大气中的能量转化为电能来实现的。

那么我们看看到底怎么在火星上转化成电能那？

该图展示了在人类未来火星任务中，如何利用火星大气来发电

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内容

虽然这一设想可能还要几十年才能实现，但地球上的科学家们正在努力让这一概念早日成为现实。

其中，有一支来自中国的科学家团队提出了将火星稀薄的大气转化为热能和电能的新方法。这一技术有望通过“原位资源利用”方式彻底改变火星上的电力生产方式，从而无需从地球运送电力设备。

在这项研究中，研究人员提出了几种在未来的火星任务中用于产生能量和电力的方法，包括从火星大气中获取能量、在火星表面进行能量生产和储存空天论道，以及将其他资源转化为可用能源。研究团队指出，这些方法各有利弊和挑战，同时强调了在未来的火星任务中利用 ISRU 技术来获取能源的重要性。

在捕获火星大气方面，研究人员提出了一种多模式方案。火星大气层的压力仅为地球的约 1%，其中二氧化碳含量超过 95%，而温度最高仅为 20 摄氏度（地球为 57 摄氏度）。

尽管存在这些巨大差异，研究人员仍提出通过多种方法来捕获火星大气并将其压缩空天论道，从而增加其密度。这些方法包括机械压缩、低温捕获和温度吸附。

研究人员指出，机械压缩尚未经过长期验证，低温捕获仍处于测试阶段，而温度吸附则面临着吸附速率低、产生的热量少的难题。

在原位发电与储能方面，研究人员提议使用微型核反应堆来利用火星上的空气进行发电，并将产生的电能储存在锂-火星气体电池中，从而实现长期、稳定的电力供应。

在生命支持资源的转化方面空天论道，研究人员建议利用萨巴蒂埃反应堆来转化加压大气中的物质及核废料，进而产生热能、电能和甲烷燃料。需要说明的是，萨巴蒂埃反应堆是国际空间站上环境控制与生命支持系统的核心组成部分。

本研究中所提出的萨巴蒂埃反应堆则是一种规模更大、性能更先进的版本。

该研究指出：“火星大气层作为一种重要的能量产生媒介，可以被利用来进行各种化学转化反应，从而实现‘能量转换’的功能。

这一观点体现了火星上利用二氧化碳进行能量转换技术的共同特征，并为未来的发展路径指明了方向。

预计，首次载人火星任务将在未来几十年内实现。不过，相关的能量转换技术目前仍处于概念验证和分析阶段。”

研究人员阐述了进一步开发和推进 ISRU 技术的具体步骤，并强调了在未来的火星任务中运用 ISRU 技术的重要性。

正如所指出的，ISRU 技术能够利用当地现有的资源，从而大幅降低从地球运送各种资源所需的物流和财务成本——这些资源包括水、燃料、食物和电力等。

在火星上运用 ISRU 技术的典型例子包括：利用地下冰层作为饮用水、沐浴用水以及燃料；通过电解作用将冰层中的氧气和氢气分离出来。另一个例子则是利用火星表面的风化层来进行建筑施工空天论道，比如通过 3D 打印技术来建造建筑物，或用风化层来覆盖栖息地，以保护其免受强烈的太阳辐射。

在未来的几年和几十年里，就地发电站将如何为人类探索火星的任务提供能源支持呢？只有时间才能给出答案，而这正是我们需要进行科学研究的原因！

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