星沙尘暴等对设备的损害和影响。
开发设备在火星极端温度(低至零下123摄氏度等)下的保温、正常运转技术。
八、关于人类在火星上利用水冰资源研究现状的一些方面:
(一)探测与认知层面:
1. 位置和分布:通过火星轨道探测器(如火星勘测飞行器等携带的雷达等设备)、着陆器的实地探测等,已经知晓火星的中纬度和两极地区存在大量水冰资源,且部分区域水冰埋藏深度较浅(如1 - 2米)。
2. 成分:对水冰的纯度等有了一定了解,有些区域的水冰较为纯净,而有些可能与火星土壤等混合存在。
(二)技术研发层面
提取技术相关研究:
1. 钻取技术:有机构在研究适合火星环境的小型钻探设备,以实现从火星浅表地层提取水冰。
2. 挖掘技术:研究利用火星车等设备进行小规模挖掘以暴露水冰的可行性。
3. 加热融化技术:在探讨利用火星上的太阳能(通过高效太阳能收集装置设计等)或潜在的核动力等为热源,融化水冰。
(三)水的处理和利用技术相关研究
1. 净化技术:研究针对火星可能存在的杂质(如高氯酸镁等盐分、火星土壤颗粒等)的净化过滤方法和设备小型化技术。
2. 水电解技术:
科学家们在改进和优化电解装置,使其能适应火星的低温等环境,高效地将水转化为氢气和氧气。
研究如何存储和利用产生的氢气和氧气,例如燃料电池技术等在火星上的应用。
3. 储存输送技术:研究开发能适应火星极低温等恶劣条件下的储水容器和管道材料等。
(四)模拟与规划层面
1. 地面模拟实验:在地球上模拟火星环境(低温、低压、类似火星土壤等)来测试水冰资源开发利用技术和设备的性能。
2. 任务规划:一些航天机构和组织在进行火星探索任务规划时,将水冰资源的利用纳入考虑,比如选择着陆点靠近已知水冰资源区域等(如“凤凰号”降落在靠近北极的地方发现水冰) 。
(五)国际合作与竞争层面
1. 不同国家和地区的航天机构和科研团队都在进行相关研究,并且在一些国际航天会议和交流中探讨相关技术难题和合作机会。
2. 如美国、中国、欧洲等都在各自的火星探测计划中包含了对水冰资源的进一步探测和研究意向。
不过总体而言,当前仍然处于技术不断发展和研究持续深入阶段,距离真正大规模、高效、安全地在火星上利用水冰资源还有诸多技术瓶颈和障碍需要克服,例如火星极端环境下设备的稳定性和耐久性、提取水冰资源的能源供给保障、高效提取和处理水冰资源的综合系统的构建等问题都有待进一步研究解决。
九、除了雷达探测和地质考察外确定火星水冰储量的方法:
(一)基于轨道探测器的其他技术和分析方法
1. 中子探测(如已有的实践) :奥德赛探测器等携带的仪器测量宇宙射线撞击火星表面后被激起的中子数量。根据中子数量的多少可以推断氢的数量等,进而推测土壤中上层水冰的大致数量。
2. 热红外探测:水冰和其他物质的热容量等热学性质有差异,通过轨道器长时间监测火星表面不同区域的温度变化模式,特别是季节性的温度变化,结合模型分析可能推测出地下一定深度内是否存在大量水冰及大致储量。
3. 光谱分析(除了雷达波谱):利用高分辨率的光学和近红外等光谱仪,分析火星表面不同区域反射和吸收光谱特征。水冰以及与水冰相关的矿物(如含水硫酸盐矿物等)在特定波段有特征吸收峰,据此可以寻找水冰迹象并结合一定模型估算可能的范围和储量。
(二)理论计算和模型推测方面
1. 气候变迁模型:建立火星历史气候和地质演化模型,根据火星在不同时期的轨道参数(倾角等)、太阳辐射变化、大气成分变化等,模拟火星上的水从可能的液态到以水冰形式存储的动态过程,大致推断不同时期水冰可能的分布和储量,再结合一些实际探测数据校准模型。
2. 化学元素平衡模型:根据火星上各种与水相关的元素(氢、氧等)的丰度等,以及火星上已知的化学过程和地质过程,建立元素平衡方程和动态模型,来间接推测水冰可能的储量范围。