研究表明，太阳能比核能更适合在火星上定居

许多科学家和工程师都曾考虑过在火星表面生活的后勤问题，他们认为核能是最好的选择，在很大程度上是因为它的可靠性和全天候运行。

在过去的十年里，小型千功率核裂变反应堆已经发展到美国宇航局认为它们是一种安全、高效和充足的能源，也是未来机器人和人类探索的关键。

另一方面，太阳能必须储存起来以供夜间使用，火星上的太阳能持续时间与地球上的差不多。在火星上，太阳能电池板的发电量也会因无处不在、覆盖一切的红色尘埃而减少。美国宇航局近15年的机遇号火星车由太阳能电池板供电，在2019年的一场大规模沙尘暴后停止工作。

然而，根据加利福尼亚大学的研究，由于今天轻巧、灵活的太阳能电池板，光伏可能更适合长时间停留。光伏驱动的电力生产可以支持人类在火星上的探索这篇文章本周发表在《福布斯》杂志上天文学与空间科学前沿“，．

这项研究使用了一种系统方法，对这两种能源技术进行了面对面的比较，这是一项六人火星延长任务，包括在火星表面停留480天，然后返回地球。这是一项最有可能的任务，它可以减少两颗行星之间的过境时间，并将在地表的时间延长到30天以上。

研究人员的分析发现，对于覆盖近一半火星表面的定居点，考虑到太阳能电池板的重量和效率，太阳能与核能相当或更好，只要一些白天的能量被用来产生氢气，用于燃料电池，在夜间或沙尘暴期间为殖民地供电。

加州大学伯克利分校生物工程博士生Aaron Berliner是这篇论文的两位第一作者之一，他说:“与分子氢中的某些储能配置相结合的光伏发电优于地球表面50%以上的核聚变反应堆，主要是在赤道带周围的地区，这与文献中反复提出的核能形成了鲜明的对比。”

这项研究为火星殖民提供了一个新的视角，并为在计划前往其他行星或卫星的载人任务时决定部署哪些其他技术提供了路线图。

化学和生物分子工程系的研究生安东尼·阿贝尔(Anthony Abel)说:“这篇论文从全球角度考虑了哪些电力技术是可用的，我们如何部署它们，它们的最佳用例是什么，它们在哪里不足。”

“如果人类集体决定要去火星，这种系统级的方法是必要的，可以安全地完成它，并以合乎道德的方式将成本降至最低。我们希望在各种选择之间有一个清晰的比较，我们是否决定使用哪种技术，去火星上的哪个地点，如何去，带谁去。”

此前，美国宇航局对宇航员在火星上的电力需求的估计通常集中在短期停留上，不需要种植食物、制造建筑材料或生产化学品等耗电过程。

随着美国国家航空航天局和已经在建造可以前往火星的火箭的私营公司的领导人——如SpaceX的首席执行官埃隆·马斯克和蓝色起源的创始人杰夫·贝索斯——谈论长期在外星球定居的想法，需要考虑更大、更可靠的电力来源。

复杂的是，所有这些材料都必须以每磅数十万美元的成本从地球运送到火星，因此低重量是至关重要的。

一个关键的需求是生物制造设施的电力，这些设施使用基因工程微生物来生产食品、火箭燃料、塑料材料和包括药物在内的化学品。Abel, Berliner和他们的合著者是空间生物工程利用中心(CUBES)的成员，该中心由多所大学共同努力，利用合成生物学的基因插入技术来调整微生物，为菌落生产必要的供应品。

两位研究人员发现，如果不知道有多少电力可以用于一个扩展的任务，就不可能评估许多生物制造过程的实用性。他们开始创建一个计算机化的模型，用于各种电力供应场景和可能的电力需求，如栖息地维护(包括温度和压力控制)，农业化肥生产，火箭推进剂返回地球的甲烷生产，以及制造备件的生物塑料生产。

与千功率核系统相抗衡的是具有三种电力存储选择的光伏:电池和两种从太阳能中产生氢气的不同技术——电解和直接由光电化学电池产生。在后一种情况下，氢气被加压并储存在燃料电池中，以便在太阳能电池板不能发电时发电。

只有带有电解的光伏发电——用电把水分解成氢和氧——才能与核电竞争。事实证明，在地球近一半的表面上，每公斤核能比核能更具成本效益。

他们的模型还详细说明了如何调整光伏板，以最大限度地提高火星上不同地点的效率。例如，纬度会影响阳光的强度，而大气中的灰尘和冰会散射波长更长的光。

阿贝尔认为，现在光伏发电在将阳光转化为电能方面效率很高，尽管表现最好的仍然很昂贵。最关键的创新是一种轻巧灵活的太阳能电池板，这使得在发射火箭上的存储更容易，运输成本更低。

他说:“你屋顶上的硅板、钢结构、玻璃衬底等都无法与新的和改进的核能竞争，但更新的轻质、柔性面板突然真的真的改变了这种对话。”

他还指出，更轻的重量意味着可以将更多的电池板运送到火星，为任何出现故障的电池板提供备份。虽然千瓦级核电站提供了更多的电力，但所需的电力却更少，所以如果其中一个核电站停机，殖民地就会失去很大一部分电力。

很多研究都在推进现实人类火星任务．为了让人类在这样一个不适宜居住的星球表面生存，有这样一些基本的障碍需要克服提供足够的氧气供呼吸，探索方法从火星大气中转化二氧化碳变成纯净的，可呼吸的氧气在本地采购足够燃料使长期前往火星的游客能够离开火星并返回地球。

2021年11月，一项旨在测试人类心理反应的隔离实验模拟火星之旅揭示了实验持续的时间越长，参与者与地球交流的方式就会发生重大变化。事实上，地球上的通信随着时间的推移而减少。