火星探险者在这颗红色星球上生产电力的最佳方式

　　根据一项新的研究，利用太阳能在火星赤道附近最有意义，但在火星两极，核能仍然是一个明智的选择。
　　对于访问火星表面的小型团队来说，首选的能源是太阳能还是核能，科学家们持观望态度。新的研究表明，这两种选择都是好的，地理位置才是决定因素。
　　研究人员比较了载人火星之旅的两种不同发电选择：太阳能电池和来自小型裂变反应堆的核能。一个关键的考虑因素是，建造每种解决方案所需的重量，即＂携带质量＂，因为前往火星的任务将寻求以尽可能高效的方式打包。今天发表在《天文学和空间科学前沿》上的研究结果表明，这两种选择都是可行的，但有一个与地理位置有关的相当重要的提示。
　　这项研究的合著者、加州大学伯克利分校化学工程系的研究员安东尼·阿贝尔（Anthony Abel）解释说：＂谁能‘赢’取决于火星上的位置。总体结果是，在更靠近赤道的地方，太阳能比核能更好，而在更近的两极，核能比太阳能更好。＂
　　这是一个很有用的信息，因为它可能对未来每个任务想要带到火星上的发电设备的类型有重大影响。NASA应该注意到了这一点，因为该航天局计划在21世纪30年代末，或40年代初向该行星发射第一个载人任务。也就是说，这些发现是针对一个在火星表面执行480天任务的六人小组（第一次任务不太可能持续超过30天）的。但研究人员表示，他们的结果可能适用于更大、更长的任务，包括永久殖民地。
　　未来的探险者将需要电力来支持他们的地面任务。这些电力将被用来产生热量、氧气和清洁的饮用水，以及为更先进的活动提供电力，例如，发光二极管为农作物提供照明和3D打印机大量生产有用的部件。 作为空间生物工程利用中心（CUBES）的成员，研究员安东尼·阿贝尔 和加州大学伯克利分校核工程系的亚伦·伯林纳（Aaron Berliner） 对这一课题有着既得利益，因为他们设想的概念，将依赖于持续的动力才能发挥作用，比如利用微生物生产塑料和药品。阿贝尔 和伯林纳 想知道，如何为他们未来的太空系统提供最好的电力，这导致了这项新的研究。
　　安东尼·阿贝尔 解释道：＂在过去，火星车要么由太阳能电池供电，要么由核能发电机提供动力，而且太阳能和核能都曾被提议用于载人火星任务。无论你身处何方，核能发电机的工作原理都大同小异，但太阳能电池的工作原理却截然不同，因为阳光是能量的来源。＂
　　核能的稳定性和太阳能的脆弱性，使得一些专家认为核能可能是更聪明、更可靠的选择。事实上，在这颗红色星球上产生太阳能需要考虑很多因素。火星除了比地球离太阳更远之外，还更冷、更干燥、灰尘更多。研究人员必须把这些因素考虑在内，计算太阳强度的变化，绘制火星表面温度，分析火星上气体和粒子吸收和散射光线的方式，因为所有这些都会影响太阳能电池发电的能力。
　　安东尼·阿贝尔 说：＂所以，我们需要对火星大气层进行建模，以计算有多少光会落到我们的太阳能电池上，然后对太阳能电池进行建模，以计算它们会产生多少能量。太阳每天都会下山，所以在使用太阳能时，你必须想办法储存能量，以便在晚上‘保持照明’。＂
　　有了这些数据，研究小组计算了不同能源解决方案的携带质量 —— ＂我们需要从地球带到火星的物料量， 越少越好。＂这使得研究小组得出结论，太阳能在赤道附近更有效，而核能在两极附近更有意义。
　　事实上，微型核裂变装置在火星上无论选择什么位置都能运行，而太阳能则不然。根据计算，在火星赤道，使用压缩氢进行能量储存的光伏阵列的携带质量为8.3吨，而同等条件下的核能阵列的携带质量为9.5吨。但是，由于太阳能的效率随着远离赤道而下降，我们勇敢的探险者将需要打包22吨的材料，才能在火星两极建立一个同样有效的太阳能电池站。未来的探险家肯定会想去极地，因为这些地区可能有宝贵的水冰。
　　这项研究的主要结论是，＂太阳能和核能都可以工作，但这取决于你在哪里着陆，有多少人去，以及你如何储存能量。＂有趣的是，根据理想的能源选择是太阳能还是核能，火星表面大致分成了两派。在能量储存方面，研究小组发现最好的方法是，将多余的电能用于将水分子分解成氢和氧。
　　这些气体可以很容易地储存在容器中，直到晚上，当太阳能电池板不能产生能量时。然后，我们使用燃料电池将储存在这些气体中的能量释放，产生电力，再生水。就像是燃料电池公交车，它依赖同样的技术来驱动引擎。
　　当问及这些发现是否可以应用到持续480天以上、涉及6人以上的火星任务中时，安东尼·阿贝尔 回答说：＂对于更大的任务或殖民地，事情会有点不同。因为栖息地会变得更大，它们需要更多的电力，所以你的发电系统也需要变得更大。对于太阳能，你的能量存储系统也需要更大，这可能会让太阳能处于劣势。＂
　　也就是说，阿贝尔 认为这些发现可以很好地应用于其他类型的任务。一旦选定了着陆点和机组人员的数量，任务计划人员＂就可以利用这项研究的计算，来确定在这个着陆点上，核能还是太阳能更适合这个规模的任务。＂
　　根据阿贝尔的说法，在美国国家航空航天局（NASA）的＂毅力＂（Perseverance）探测器的着陆点杰零陨石坑（Jezero Crater）执行任务，太阳能将是更好的选择，而在＂乌托邦平原＂（Utopia Planitia），＂海盗2号＂探测器着陆的地方，核能将是更好的选择。他补充说，这些结果＂可能会因更大的任务而改变，但对不同规模的任务重新计算是相当容易的，因为我们可以预测在火星上特定的地方，太阳能电池能产生多少能量。＂
　　展望未来，该小组将努力确定火星地面人员将需要多少食物、药品和其他资源，以及需要多少太阳能电池板和哪种类型的电池板来满足这些需求。他们还希望设计任务计划，将明亮的白天或夏季考虑在内，在这段时间里，火星探险家可以储存材料和能源，以备阳光不那么强烈的冬季使用。
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