孙江宏，孙素蓉，王海兴,*，马弢

1. 北京航空航天大学 宇航学院，北京 100191 2. 中国航天空气动力技术研究院，北京 100074

1 引言

合理利用火星丰富的原位资源(in-situ resource utilization，ISRU)有助于减小地面发射负载[1-2]，尽可能降低火星探测任务的成本。其中，火星大气存在丰富的二氧化碳资源(95.9%)[3-4]，可以用来分解产生氧气，满足火星任务中航天员长期空间居留的生命保障需求，因此对火星大气的原位资源开展前沿研究十分必要[5-8]。由于传统的热分解二氧化碳需要在高温下进行，其能量效率较低，而低温等离子体分解二氧化碳技术，因为可以利用等离子体中大量的活性组分，能在较低温度下实现二氧化碳的分解转化，目前已经成为前沿研究热点[9-13]。其中，利用微等离子体分解二氧化碳，因其具有小尺寸(亚毫米级)、小功率(数瓦)、易于级联拓展等优势[14-18]，在开展火星二氧化碳分解转化任务中具有显著优势。在之前的微等离子体分解二氧化碳实验中[17]，仅用6.6 W输入功率就可以达到26.2%的二氧化碳转化率。此外，通过向纯二氧化碳等离子体里添加特定的稀释气体，并利用其产生的激发态，可以进一步提高二氧化碳转化能力[19-23]。考虑到火星大气中存在少量的其他气体(Ar 1.9%，N21.9%)，采用稀释气体促进火星任务中二氧化碳转化具有实际研究价值。气相色谱实验通过检测反应产物的浓度变化，如氧气、一氧化碳等，证实了添加特定的稀释气体有助于促进二氧化碳转化[21-25]。但色谱实验仅能分析最终气体产物，无法给出在反应区起到重要作用的激发态组分的信息。……