风能可以为火星上的人类居住提供动力

根据一项使用 NASA 艾姆斯火星全球气候模型计算红色星球上的风力涡轮机产生的风能的短期和季节性变化的研究，风能可以帮助为人类在火星上的任务提供动力。 由 NASA 领导 维多利亚·哈特维克，研究小组建议，风能可以单独提供足够的能量，也可以与太阳能或核能结合使用。

载人火星任务的成功将取决于许多因素，包括选址。 以前对场地可行性的研究侧重于获取物理资源，包括水或住所的可用性，并不一定考虑潜在地点的能源生产能力。 虽然对作为火星能源的太阳能和核能进行了大量研究，但核能存在潜在的人类风险，并且当前的太阳能系统模型缺乏能量存储能力来补偿白天/夜晚（昼夜）和季节性发电变化。 因此，谨慎的做法是考虑使用风能等替代能源来稳定能源生产。

不那么有力，但仍然有用

当大气层厚时，风力发电效率最高，但火星的低大气密度意味着地球上的风产生的力远小于地球上的风。 因此，火星风并未被视为可行的能源。 Hartwick 及其同事对这一假设提出了质疑，并表明太阳能的昼夜和季节性波动可以通过风能来补偿。 哈特威克说，他们“惊讶地发现，尽管火星大气稀薄，但风仍然足够强大，可以在火星表面的大部分地区产生能量”。

该研究表明，风能可以与太阳能等其他能源结合使用，以促进发电。 这在当地和全球沙尘暴期间尤其有用，此时太阳能减少而可用风能增加。 在夜间和冬至前后，风也是一种有用的资源。

组合系统

该团队研究了一个假设的发电系统，该系统包括太阳能电池板和 Enercon E33 风力涡轮机。 后者是一个中型商用系统，转子直径为 33 m，在地球上的额定功率输出为 330 kW。 Hartwick 和他的同事计算出涡轮机可以在火星上以大约 10 kW 的平均运行功率输出运行

该团队的计算表明，涡轮机将使组合系统的功率超过 24 kW 的时间百分比从 40%（仅太阳能电池阵列）增加到 60-90%（太阳能加风能）。 24 kW 的值意义重大，因为它被认为是支持六名机组人员任务的最低功率要求。

虽然这项研究表明风力发电是可能的，但只有在火星上适合人类居住的地方进行风力发电才有用。 之前的工作考虑了地质、资源潜力和工程限制来评估着陆点。 使用这些标准，NASA 人类着陆点研究确定了 50 个潜在的感兴趣区域。 这项研究没有考虑超出简单纬度和太阳能阴影考虑的区域能源可用性。 因此，哈特威克认为，风力发电可以让更多地区被考虑用于勘探和定居。

更多机会

Hartwick 说：“通过将风能与其他能源结合使用，可能有可能进入地球上一些以前被忽视的地区，例如火星中纬度地区和极地地区，这些地区在科学上很有趣，而且更接近重要的地区。”地下水冰库。” 如果太阳能是主要能源，这些站点将不可行。

哈特维克建议，稳定性是为未来的火星载人任务提供动力的最重要考虑因素——必须产生大量不间断的电力。 使用风力涡轮机和太阳能电池阵列的组合可以让任务定位到地球的大部分地区。

风能还可以彻底改变人类在太阳系其他地方获取能源的方式。 哈特维克说，她“特别感兴趣的是看到像土卫六这样的卫星上的能量潜力，它的大气层很厚但很冷”。 尽管如此，仍有跨学科的工作要做——尤其是从航空航天和工程的角度来看——以确定运营效率和技术可行性。

不同的涡轮机

虽然研究的主要部分集中在 Enercon E33，但该团队还研究了不同尺寸的涡轮机，从用于小型单户电力需求的微型涡轮机到行业标准的 5 兆瓦（地球上）涡轮机等等。 这些系统的用途可能有所不同，从为地表栖息地和生命支持系统提供能量到维护科学设备。 另一个必须考虑的因素是将风力涡轮机和相关材料运送到火星——这一过程必须尽量减少通过行星际空间发送的质量。 虽然这种运输必须包括挖掘设备，但有人建议可以使用火星土壤来替代用于固定地球上涡轮机的混凝土。

漫长的火星之路

随着更多潜在的火星着陆点被确定，未来的研究可能涉及高分辨率模拟，目的是更好地了解特定地形和表面条件如何影响风。 这可能会改变未来太空行动的能力。 哈特威克说，“当我们考虑潜在的人类火星任务的能源需求时，这确实是黄金标准。”

该研究描述于 自然天文学.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/wind-energy-could-power-human-habitations-on-mars/