备的系统可靠性在火星表面的易维护性以及对火星环境的影响也缺乏研究，。风能与其他能源的联合使用有待进步研究风能是种可变资源，风力发电受外界环境如风速变化天气条件等的影响较大，存在定的不稳定性。在地球上，风速需要大于才适宜发电，且风力越大，经济效益越高，但风力又不能超过发电设备的应力极限。从技术应用的角度讲，低风速地区风力资源分散风况条件复杂，对风能发电设备的要求较高，器将能够集成多种功能，服务于各种勘测任务。预计几年内，气相色谱质谱仪和探地雷达等仪器将部署在风滚草车上。基于大量的现场测试，目前充气图和可展开结构的风滚草发展最为成熟。不同结构的风滚草可以提供在不同地形上运行的能力，并适应各种各样的仪器包，使它们适合于区域性自然资源的自主调查。图充气式风滚草内部部件的系统图火星滑翔机火星表面具有复杂的地形地貌，如宽而深的峡谷高大的火山悬崖等。火星车难以到达这些区域进行探测，因此，等提出了火星充气滑翔机的设计理念。该滑翔机重，通过个的立方体卫星进行部署。滑翔机可携带分辨率达的速度对火星表面开展照相勘察。滑翔机本身不具有推进装臵，其依靠充气机翼采用动力气流滑翔技术在火星大气层中长时间高速飞行。滑翔机将探测并飞入具有合适的风速垂直梯度的水平风场以积累额外的大气风力发电风力资源引言火星是当前国际深空探测的热点，也是除月球之外，最有望实现载人探测建立外星基地的类地星体。不同于月球近乎真空缺水的环境，火星拥有稀薄的大气层，两极及地表之下存在大量的水冰，火星壳中存在包括蒸发盐类矿物粘土矿物在内的多种矿物类型。由此可见，火星拥有丰富的可利用资源，为人类在其表面开展活动提供了重要的物质基础。所有的深空探测任务都需要有可靠的能源保障，而能源供给更是影响载人火星探测和火星基地建设的重要因素。等对火星任务中的能源需求进行了评估，认为保障小型火星基地正常运行个火星年所需的总能量约为，如此庞大的能源需求需要多种能量来源提供稳定的供给。太阳能是行星表面重要的能量来源，但是在火星表面，太阳能会受到沙尘暴等因素的严重影响。因此，为了保证能源供给的稳定性经济性，对风力资源利用的研究应运而生。风力资源是火星原位资源利用的重火星风力资源探究现状及应用途径分析宇宙学论文秋，旋风活动非常常见，大气条件决定了火星尘暴的范围局部性的区域性的或者全球性的。火星全球性尘暴通常发生在南半球处于夏季时，此时火星处于近日点，太阳对大气的强烈加热形成了强烈的风和旋风，这是全球性尘暴的初始阶段。尘暴下部表面的冷却进步加大了温度梯度和风的强度，这引起了尘暴的扩大。在适当的条件下，这机制将继续进行，直至火星形成全球性尘暴。此后火星表面温度不再变化，风速开始下降，最后尘暴消失。火星表面的扬尘及尘暴可对火星探测及能源利用造成严重的影响。火星尘暴曾导致机遇号火星车的太阳能板被沙尘覆盖，降低太阳能转换效率，同时沙尘遮蔽阳光，致使火星车难以充电，无法继续工作。火星尘具有较强的粘附性，易于沉积在探测器及太阳能风能利用装臵的表面，甚至进入仪器设备的结构间隙，造成设备损坏。火星尘暴中的强风也可导致设备的倾倒破坏。火星风力资源的储量与分布开展火星风力资源的利用，需大小跟季节有很大关系。在冬季，高纬度地区会形成约的东向强急流。风能转换为电能从世纪人类就尝试利用风力进行发电，时至今日，风力发电的理论研究日趋完善，风力发电技术也获得了巨大的发展。风能是可再生能源，它占用土地较少，成本相对较低，不产生温室气体，是探索太阳系所需能源的种选择。从风能中获得的电能可表示为式。其中，为风机产生的功率，为风机扫过的面积，为风速，为大气密度，为功率系数可以转化为电能的功率量，般为。可以看出，可提取的电能为风速的立方函数，当其它值定时，与密度成正比。假设火星的大气密度为，火星上的风将提供与地球上的风相同的功率。由此可见，在火星表面开展风力发电，需要高风速或者较大的风电涡轮机直径才能提供足够的风能。高风速条件较易满足，但火星上每天和每个季节的可用风能很难准确预测，因此如果发电装臵输出功率随季节和日变造成火星表面巨大的尘暴。在火星南半球的早春到早秋，旋风活动非常常见，大气条件决定了火星尘暴的范围局部性的区域性的或者全球性的。火星全球性尘暴通常发生在南半球处于夏季时，此时火星处于近日点，太阳对大气的强烈加热形成了强烈的风和旋风，这是全球性尘暴的初始阶段。尘暴下部表面的冷却进步加大了温度梯度和风的强度，这引起了尘暴的扩大。在适当的条件下，这机制将继续进行，直至火星形成全球性尘暴。此后火星表面温度不再变化，风速开始下降，最后尘暴消失。火星表面的扬尘及尘暴可对火星探测及能源利用造成严重的影响。火星尘暴曾导致机遇号火星车的太阳能板被沙尘覆盖，降低太阳能转换效率，同时沙尘遮蔽阳光，致使火星车难以充电，无法继续工作。火星尘具有较强的粘附性，易于沉积在探测器及太阳能风能利用装臵的表面，甚至进入仪器设备的结构间隙，造成设备损坏。火星尘暴中的强风也可导致设备的倾倒破坏。火星摘要针对未来载人火星探测和火星基地建设过程中对风力资源利用的需求，回顾了人类对火星大气与风的探测历史，总结了火星风力资源的赋存与分布情况，着重对火星风力资源的利用途径如风力发电风滚草探测器等进行了综合分析。在此基础上总结了火星风力资源利用中存在的问题，并提出对未来火星风力资源利用的展望需要加强对火星大气环境与风力条件的探测，为风力资源利用提供基础数据结合火星环境条件开展风电设备的研究积极探索新技术在火星风力资源开发中的应用。最后，提出了火星风力资源利用的新思路，需要在火星探测与开发的不同阶段，循序渐进地利用火星资源。关键词原位资源利用火星火星大气风力发电风力资源引言火星是当前国际深空探测的热点，也是除月球之外，最有望实现载人探测建立外星基地的类地星体。不同于月球近乎真空缺水的环境，火星拥有稀薄的大气层，两极及地表之下存在大量的水冰，火星壳中存在包括蒸发盐轮机的总体趋势是加高塔架加长叶片并增大功率。在火星上建设风电设备，需要尽可能减轻设备质量，采用新材料新设计使风电系统能够适应低温尘暴等火星的恶劣气候条件。同时，需要加强对低温低压下的电能存储技术和多种发电方式联用技术的研究。应积极探索新技术在风力资源开发中的应用。目前国内已经开展了先进的模糊控制算法如自适应模糊控制模糊神经网络控制等在风电领域中应用的研究，针对变速风力发电系统，使用模糊逻辑控制进行电压和功率调节，使用神经网络控制桨距调节及预测风轮气动特性，以达到获取最大能量保证可靠运行的目标。这些新技术可以尝试应用于火星这种变速风力场系统中。同时，些非常规的风能收集方法包括无需旋转装臵的无叶片风力涡轮机高空风力涡轮机等也可以尝试应用在火星环境中。综上，建议对火星风力资源的利用需要在火星探测与开发的不同阶段循序渐进在火星探测的初步阶段，可利用风滚草探测器火星滑率达的速度对火星表面开展照相勘察。滑翔机本身不具有推进装臵，其依靠充气机翼采用动力气流滑翔技术在火星大气层中长时间高速飞行。滑翔机将探测并飞入具有合适的风速垂直梯度的水平风场以积累额外的动能和势能，结合滑翔机上的自动控制系统，将能够持续飞行数日。这种技术已经在地球上得到了应用，但由于火星大气密度随季节变化较大，需要开展充分的计算机模拟和详尽的任务规划。火星风力资源利用中存在的问题对火星风力资源的分布缺乏精细化评估火星表面风力资源的分布与大气密度和风速密切相关，它们又受高程局部地形火星大气环流的变化等因素的影响。当前的少量研究仅对火星风能的全球分布开展了整体性分析，提出了火星表面风力资源相对较高的区域，但尚未根据各个区域开展精细化的风力资源模拟与测算，未能将地形地貌与大气环流模型相结合，得到较为准确的风力资源储量估计。此外，风降低，也称为对流层。低层大气的成分可以看作几近均质的混合物，氧化碳占，氮气为，还有少量的等气体表。中层为的大气，气温随高度变化较小，也称为恒温层。在距地面处的最低气温为，在该区域氧化碳能凝结形成高空云。而在距地面和处的高空存在水冰云。距火星表面以上的大气为高层大气，又称为电离层。电离层的主要成分为氧化碳，并因太阳辐射而产生离子。离子的运动导致了该区域大气不同程度的升温。火星风力资源探究现状及应用途径分析宇宙学论文。风滚草探测器对火星表面原位资源的长期调查可以很容易地用组风滚草完成。风滚草探测器是种利用火星风以最小的功率穿越火星表面的车辆，它们具有在相对较大的地形起伏条件下开展各项探测的能力。这些低成本的探测器填补了轨道勘测和着陆巡视器之间的空白，能够进行区域化的相对精细的研究。风滚草质量轻成本低使用简单。风滚草车队可用于远程随机调环境监测站提供了关于火星大气环流微尺度天气系统局部大气循环紫外线辐射破坏潜力以及地面大气相互作用的信息，。此外，印度空间研究组织发射的火星轨道探测器任务，欧洲空间局发射的微量气体探测器以及的洞察号火星着陆器也对火星大气开展了探测。上述探测任务中与大气和风力探测相关的载荷信息如表所示。航天器发射时间与大气和风力探测相关的有效载荷载荷简介与功能海盗号年月日压力温度和风速传感器测量大气温压与风速变化海盗号年月日压力温度和风速传感器测量大气温压与风速变化火星探路者年月日大气结构仪器气象包收集有关压力温度和风的数据火星快车年月日紫外和红外大气光谱仪评估大气的元素组成行星傅火星风力资源探究现状及应用途径分析宇宙学论文翔机等对火星表面开展地形地貌资源环境的调查与勘测在火星基地