火星风力资源的研究现状及利用途径

发布时间：2021-08-13 18:10

　　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。 

【文章来源】：载人航天. 2020,26(03)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

火星的大气结构及表面风的作用(修改自NASA)

火星夏季最热的地方不是赤道区,而是在热带或亚热带,这导致单一层次的哈德莱环流从最热处上升,向南北分开2个支流(其中一支跨过赤道),到高纬度地区再进行沉降。冬季半球高纬区温度变化大,会出现周期性的斜压波来向上转移能量,维持季节性CO2极冠云边缘的东西强急流。冬季北纬区,CO2凝结,气压降低,从而产生流向极区的凝聚流,向极区转移物质。火星上层气流从太阳直射的照热区上升,流向周围别处,而底层气流又流向照热区,形成热潮汐风[6]。大气环流可以用大气环流模型(General Circulation Model,GCM)进行模拟,GCM主要用来模拟火星低层大气环流,其中有一些也可以拓展至中高层大气。然而,研究发现45 km以上的火星中层大气运动对模型非常敏感,因此很难在没有足够的观测数据的情况下进行精确模拟。

火星风力资源的分布与大气密度和风速的分布密切相关。正常情况下,火星表面的大气密度主要受到高程的影响,Chamitoff等[12]指出火星表面高程低于-2 km的区域具有足够的大气密度可供风力资源的开发利用。依据MOLA激光高程数据,可以得到火星表面满足要求的区域分布图(图3,图中黑色区域为高程大于-2 km)。另一方面,火星表面的坡度对于风速有重要的影响,较长的缓坡区域通常存在较高的风能[31]。例如,1 km以上的斜坡,温度变化超过15 ℃,风速可以达到25 m/s [32]。斜坡区域的分布如图 4 中白色区域所示[33]。此外,局部地形对于风速也有巨大的影响。在某些环形山周围可能存在马蹄形大气涡旋,导致较高的风速;盾状火山或大型盆地的低角度斜坡上可能在地表以上25 m处产生25～33 m/s的风速;丘陵沟谷的风道,风力更为可观。图4 具有较高风能开发潜力的区域(白色区域)[33]

【参考文献】：
期刊论文
[1]国外火星低空飞行器技术发展研究[J]. 董捷,饶炜,孟林智,王闯,杨超,万志强,蒋崇文.  航天器工程. 2017(01)
[2]火星及其环境[J]. 欧阳自远,肖福根.  航天器环境工程. 2012(06)
[3]变速风力发电系统控制技术综述[J]. 凌禹,张同庄.  电力自动化设备. 2008(03)
[4]中国风能资源贮量估算[J]. 薛桁,朱瑞兆,杨振斌,袁春红.  太阳能学报. 2001(02)

硕士论文
[1]基于DEM-CFD方法的火星尘颗粒对航天器作用机理的研究[D]. 薛萍萍.哈尔滨工业大学 2018



本文编号：3340901