我國火星探測計劃正緊鑼密鼓地推進，預計在2028年前后發射天問三號探測器，并在2031年前后實現火星樣品返回地球的壯舉。為了實現這些宏偉目標，科學家們正積極研究如何有效利用火星上的資源，為未來火星科研站的建設和人類的長期駐留提供能源保障。

近期，中國科學技術大學的研究團隊在火星能源領域取得了新的突破。他們利用火星大氣作為介質，開展了儲能和發電的研究，為火星探測任務提供了新的能源解決方案。

在地球上，發電常用的介質是水，而在宇宙空間進行核能發電時，科學家們曾考慮過使用稀有氣體氦-氙。然而，氦-氙并非火星原生資源，從地球運輸到火星存在泄漏后無法及時補充的問題。中國科學技術大學的研究人員另辟蹊徑，提出了利用火星大氣作為發電系統工作介質的新思路。

中國科學技術大學研究員石凌峰表示，工作介質是發電系統能量轉化的載體，也可以通俗地稱為發電系統的“血液”。火星大氣具有優良的熱電轉化性能，其分子質量較大，比熱容較高，因此熱功轉換性能較為優異。

經過深入研究，科研人員發現，相較于氦-氙稀有氣體方案，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，效率最大可提升20%，功率密度最大可提升14%。更重要的是，火星大氣可以原地隨時獲取，為未來大規模火星探測任務提供了一種“因地制宜”的能源生產方案。

研究團隊還開展了利用火星大氣進行儲能方面的研究。他們創新性地提出了火星電池儲能系統概念，以火星大氣中的活性物質作為反應燃料，實現電量釋放，為火星探測器和基地等提供持續能源供給。在電能儲存時，則結合電能、光能、熱能等能量形式，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介紹，火星氣電池與鋰空氣電池、鋰二氧化碳電池原理相似，它可以將火星大氣中的成分吸入電池內，作為主要的活性氣體，釋放出電能供火星車或火星直升機使用。在模擬火星大氣及晝夜溫差的條件下，這種電池的性能測試結果顯示，即使在0℃低溫環境下，電池依然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整體重量，還實現了能源的就地獲取與自給自足。這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。

火星與地球擁有相似的自轉周期和四季變化，火星氣體的高效開發利用正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，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較低，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變為氧氣和甲烷燃料等寶貴資源。

石凌峰研究員表示，研究火星需要建立科研站和部署大量探測設備，這些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。這一研究雖然只是一個新的起點，但相信隨著研究的深入，我們將離實現火星科研站的能源自給自足越來越近。