隨著我國對火星探測的雄心壯志日益增強，一系列雄心勃勃的計劃正在緊鑼密鼓地推進中。預計到2028年，天問三號探測器將踏上前往火星的征途，而到了2031年，我國有望實現從火星采集樣品并返回地球的壯舉。為了實現這些目標，科學家們正積極探索如何充分利用火星的本地資源，為未來長期的科學研究和人類居住提供堅實的能源和資源保障。

火星上建立科研站，能源供應無疑是首要難題。近期，中國科學技術大學的研究團隊在利用火星大氣作為介質進行儲能和發電方面取得了令人矚目的進展。研究人員指出，在火星上發電的挑戰在于尋找一種易于獲取且持續不斷的介質。在地球上，火電站和核電站通常使用水作為工作介質；而在宇宙空間，稀有氣體氦-氙曾被視為潛在的核能發電介質。然而，氦-氙并非火星原生資源，運輸和補充都是巨大的難題。因此，研究團隊提出了一個創新性的思路：將火星大氣作為發電系統的工作介質。

中國科學技術大學研究員石凌峰解釋說，工作介質是發電系統能量轉化的載體，可以形象地比作發電系統的“血液”。火星大氣因其分子質量大、比熱容高的特性，具有優良的熱電轉化性能。研究團隊經過深入分析發現，與氦-氙稀有氣體方案相比，以二氧化碳為主的火星大氣具有更大的分子質量和單位體積做功能力。將其用于發電系統，效率可提升20%，功率密度可提升14%。更重要的是，這種方案可以實現工作介質的原地隨時獲取，為火星探測任務提供了一種“就地取材”的能源生產解決方案。

除了發電領域，研究團隊還在利用火星大氣進行儲能方面取得了突破。他們創新性地提出了火星電池儲能系統概念，這種電池以火星大氣中的活性物質作為反應燃料，釋放電能，為火星探測器和基地提供持續能源供給。在電能儲存時，則結合多種能量形式，將能量重新存儲到火星電池儲能系統中。中國科學技術大學博士后肖旭表示，火星氣電池與鋰空氣電池、鋰二氧化碳電池原理相似，通過將火星大氣成分吸入電池中作為活性氣體，釋放電能供火星車或直升機使用。

研究團隊在模擬火星大氣及晝夜溫差的條件下，對火星電池的性能進行了測試。結果顯示，即使在0℃的低溫環境下，電池仍能穩定驅動電子設備。使用火星大氣作為燃料，不僅大幅減輕了電池系統的整體重量，還實現了能源的就地獲取與自給自足。這一發現為火星開發與研究提供了全新的高能量密度儲能方案，對提升火星任務的自主性與可持續性具有重要意義。

火星與地球有著相似的自轉周期和四季變化，這使得火星氣體的開發利用成為推動下一代深空能源系統構建的關鍵突破口。未來，圍繞火星氣體的能源化和資源化利用，結合發電、儲能、供熱、制氧、制燃料等多個方面，可以進一步拓展形成火星大氣利用的綜合能源系統。例如，火星表面的平均溫度極低，發電系統的低溫段余熱可以解決火星科研站的熱能供應問題。同時，中溫段和高溫段的火星氣體可以分別為甲烷化反應制燃料和高溫電解制氧技術提供反應氣，將火星氣體中的碳原子和氧原子轉化為氧氣和甲烷燃料等寶貴資源。

石凌峰研究員表示，火星探測需要大量的探測設備和科研站，而這些設備和科研站都需要能源作為基礎保障。在火星上建立能源系統，需要因地制宜地制定方案。這一研究無疑是一個新的起點和出發點，雖然還有很長的路要走，但它為火星探測任務的能源供應問題提供了新的思路和解決方案。