现在，我们常常为能源不足、电费上涨而忧心，但你知道吗?地球其实自带着发电机，它就藏在高空大气层中。

　　科学家很早就发现，地球并不是电中性的环境，在不同的位置存在大小不同的电场，全球平均而言，陆地上电场强度为120V/m，海洋上则是130V/m，不同时间电场强度还会发生变化。为什么会这样?什么东西在为地球持续供电呢?

　　通过研究，科学家发现，这个无私的“供电者”是风。我们知道，发电机之所以能发电，是因为带电导体(如铜线)在磁场中反复切割磁场线，将磁能转化成了电能，而“地球发电机”的电力则是源于风力持续切割着电离层产生的磁场。太阳辐射的高能粒子到达地球大气，将其中的电中性粒子分裂成离子和自由电子，由此形成了电离层。电离层充满了带电粒子，这些粒子的流动产生了电流，电流吸引周边粒子，粒子的不规则运动形成了磁场，高层大风穿梭其中，就产生了笼罩全球的电场。

　　美国科学家通过电离层连接探测器(ICON)亲眼目睹了这一“发电”过程。ICON于2019年升空，其使命是解开地球天气与太空天气的相互作用。ICON拥有独特的装备，可以利用高层大气的自然辉光探测带电粒子的运动，同时拥有观察风向和风速的风成像仪。在ICON的镜头下(如下图所示)，高空强风(绿色箭头)大小不均匀，持续切割着电磁场(紫色线条)，由此产生了强度和方向不断改变的电场(红色线条)。在电离层中，强风倾向于推动带正电的大粒子，而不是带负电的小电子，正负电荷的分离和有序运动就形成了电流，在靠近电离层底部的区域中产生电场。

　　高空的强风能产生覆盖全球的电场，人类如果能将这么强大的风力用于发电，将能产生多大的电能啊!基于这个设想，科学家开始研究高空发电。

　　高空发电机不能像在地表建造的发电机那样拥有高大的杆子和巨大的扇叶，这不仅会消耗大量的建造材料，还存在很大的安全隐患。因此科学家们制造了一些别出心裁的风力发电机，比如美国奥泰罗能源公司使用的气球状漂浮风力发电机。从外表上看，这个发电机与大型氦气球无异，它的内部充满了氦气，外壳由不透气的耐用面料制成，得益于这种新面料，气球发电机实现了低气体泄漏率。气球内载有风力涡轮机，产生的电能通过导线传输到地面。

　　气球发电机具有许多优势。奥泰罗能源公司的发电机原型机被部署在离地面300～600米的地方，在这个区域，它产生的能量大约是地面的5～8倍，一天所产生的能量足以供给几十个家庭使用。这个“气球”十分智能，能在遇到时速160千米的大风和强降雨天气时，自主停靠，等到雨停后它又会重新飞上天继续发电。除了供电外，它还能提供网络和电话信号，甚至还能进行天气预报，可谓是“多才多艺”了。

　　另一类高空风力发电机则长得更像风筝，科学家将发电机组固定在地面，通过巨型“风筝”在空中利用风能拉动地面发电机组，从而将风能转化为机械能乃至电能。这一方法与气球发电机相比，极大地减小了设备在高空中的压力。

　　风力发电机有一个难以解决的难题，那就是发电功率不稳定，原因很容易理解，风力发电机的发电量与风速密切相关，风速越高，功率越大，反之亦然，而风速大小并不稳定，因此发电功率会不时变化。采用多伞双系统组合则能解决这个难题，当风力较低时，空中控制系统在上升阶段将打开全部的做功伞。风力较大时，则只有部分做功伞被打开，从而实现任何风力环境下的稳定功率输出。

　　中国广东高空风能技术有限公司采用的就是多伞双系统组合，主要由两部分组成：空中系统和地面系统。空中系统由多个做功伞、若干平衡伞外加飘空气球组成;地面系统主要是由发电机、卷扬机(滚筒和反向转动电机)和万向滑轮组成。这种组成有利于实现稳定发电。

　　利用高空风能发电，不会像地面上的风力发电机那样对鸟类等野生动物造成影响;还拥有巨大的成本优势，与需要大型扇叶的传统风力发电机相比，高空发电的装置能降低超过90%的安装和运输成本。此外，高空风能发电装置占地面积远小于其他新能源技术，以100兆瓦发电能力为例，高空风电装置、海上传统风电装置、陆上传统风电装置和太阳能发电装置占地面积分别为100亩、320亩、350亩和4000亩。用最少的钱和最少的地生产更多的电能，这难道不是未来能源的理想形式吗?

　　高空发电机不止可以在地球上运用，在其他星球上也可以运用，比如有风的火星。未来，如果人类真的能殖民火星，利用风力来供能是个不错的主意。

　　我们知道，与地球相比，火星没有海洋，阳光密度低，一年还有一半的时间见不到太阳，在地球上常用的潮汐能和太阳能都难以应用，好在火星上还有风。火星上也有大气层，但是由于缺少地磁场的保护，太阳辐射会在火星外层产生一个强电场，使得大气中的带电粒子加速逃逸至太空中，导致火星的大气层变得异常稀薄。华体会体育但无论如何，大气的存在意味着火星上会产生风。

　　风本质是大气的流动，地面各个区域接收到的太阳辐射的强度存在差异，导致气体在温差和压强作用下产生流动，从而形成风。与地球相比，稀薄的大气使得火星的保温效果很差——受太阳烘烤的一面，温度在35℃左右，而背阴面气温可降到-70℃，冷热气体之间形成的巨大的压力差导致了强风的产生。2018年12月，美国宇航局的“洞察号”火星车探测到了火星上的风声，预计风速约为每秒4.5～6.7米，后来，“洞察号”检测到的火星上最强风力为每秒28米，这个数字也可排入地球近地面最强风力榜的前10名。

　　尽管火星上风力强劲，但用于发电的效率并不高，因为火星的大气密度大约只有地球的1%，这意味着平均风速要接近于地球上的4.5倍才能产生相当的发电量，而火星近地面的风速显然没有这么高。2010年，丹麦奥胡斯大学的科研人员用风洞实验模拟了火星风发电的效率，结果表明，按照每小时7～35千米的火星常见风速，风力发电机输出电压的持续时间分别为30～120秒，这表明在火星上使用风能发电是可行的，但是确实效率极低。

　　想要利用火星上的风力资源给火星车供电，还需要根据当地的风况有针对性地设计适合安装在火星上的风力发电机。火星的大气密度低，只能通过高风速来补偿发电量的亏损，而很显然，高空的风力和风速远大于近地面，如果使用高空风力发电机，发电效率应该会大幅提高。

　　1999年，美国宾夕法尼亚大学的科研人员就提出了在火星上进行高空发电的方法：使用氢气球与系锚系统将风力机悬浮在高空中——这就是美国奥泰罗能源公司的气球发电机设想的来源。十几年后，奥泰罗能源公司的工程师造出了这款风力发电机，并在美国阿拉斯加州开展了为期18个月的测试，验证了这种高空风力发电机的可行性。

　　不过，与地球相比，在火星上进行高空发电还有许多难题，比如火星上风力强劲，沙尘漫天，风电机组面临着强风暴以及沙尘暴的威胁;高温环境下的散热问题以及极端低温造成的润滑问题也不容小觑。随着科技的进一步发展，这些问题或许都能得到解决，到那时，生活在火星上的人类也许真能用上火星风产生的电能。

　　风是地球、火星等许多星球上与生俱来的宝贵财富，利用好它，将能给人类的生产生活带来巨大的改变。