我國火星探測計劃正穩(wěn)步前行，預計在2028年發(fā)射天問三號探測器，并計劃在2031年實現(xiàn)火星樣品返回地球。為了實現(xiàn)這些雄心勃勃的目標，科學家們正積極研究如何利用火星上的自然資源，為未來長期的科學研究和人類居住提供穩(wěn)定的能源和資源。

在探索火星能源的過程中，中國科學技術(shù)大學的研究團隊取得了令人矚目的進展。他們提出了一個創(chuàng)新性的想法：利用火星大氣作為發(fā)電和儲能的介質(zhì)。這一思路的提出，為火星探測任務提供了新的能源解決方案。

在地球上，發(fā)電通常依賴于水等易于獲取的資源。然而，在火星上，這樣的資源并不豐富。此前，科學界曾考慮過使用稀有氣體氦-氙作為宇宙空間核能發(fā)電的工作介質(zhì)，但這種氣體并非火星原生資源，需要從地球運輸，存在泄漏后難以及時補充的問題。因此，中國科學技術(shù)大學的研究人員轉(zhuǎn)而關(guān)注火星大氣，這一資源不僅豐富，而且易于獲取。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，火星大氣具有優(yōu)良的熱電轉(zhuǎn)化性能。其分子質(zhì)量較大，比熱容較高，這使得火星大氣在熱功轉(zhuǎn)換方面表現(xiàn)出色。與廣泛研究的氦-氙稀有氣體方案相比，以二氧化碳為主的火星大氣在發(fā)電效率上可提升20%，功率密度可提升14%。這一發(fā)現(xiàn)為未來火星探測任務提供了一種高效、可持續(xù)的能源生產(chǎn)方案。

研究團隊還開展了利用火星大氣進行儲能的研究。他們創(chuàng)新性地提出了火星電池儲能系統(tǒng)的概念。這種電池以火星大氣中的活性物質(zhì)作為反應燃料，通過化學反應釋放電能，為火星探測器和基地提供持續(xù)能源供給。在電能儲存時，系統(tǒng)能夠結(jié)合電能、光能、熱能等多種能量形式，將能量重新存儲到電池中。

研究團隊在模擬火星大氣及晝夜溫差的條件下對火星電池進行了測試。結(jié)果顯示，即使在0℃的低溫環(huán)境下，電池仍能穩(wěn)定驅(qū)動電子設(shè)備。這一發(fā)現(xiàn)不僅大幅減輕了電池系統(tǒng)的整體重量，還實現(xiàn)了能源的就地獲取與自給自足，為火星開發(fā)與研究提供了全新的高能量密度儲能方案。

中國科學技術(shù)大學的博士后肖旭表示，火星氣電池與鋰空氣電池、鋰二氧化碳電池有著相似之處，都是將空氣中的活性氣體吸入電池中作為反應燃料，釋放出電能供設(shè)備使用。這一技術(shù)的突破，對于提升火星任務的自主性與可持續(xù)性具有重要意義。

火星與地球擁有相似的自轉(zhuǎn)周期和四季變化，這使得火星氣體的開發(fā)利用成為推動下一代深空能源系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵突破口。未來，圍繞火星氣體的能源化和資源化利用，可以進一步拓展形成火星大氣利用的綜合能源系統(tǒng)。例如，利用發(fā)電系統(tǒng)的低溫段余熱解決火星科研站的熱能供應問題，同時利用中溫段和高溫段火星氣體為甲烷化反應制燃料和高溫電解制氧技術(shù)提供反應氣。

中國科學技術(shù)大學的研究員石凌峰指出，火星科研站和探測設(shè)備的建設(shè)需要穩(wěn)定的能源保障。在火星上建立能源系統(tǒng)，需要因地制宜地制定方案。這一研究雖然只是一個新的起點，但它為火星探測任務提供了全新的思路和方向。