|
Аккумуляторы для возвращения человечества на Луну
|
|
|
|
Если вы когда-нибудь сталкивались с тем, что в особенно морозное зимнее утро ваша машина заводилась с трудом или вообще не заводилась, то знаете, что обычные аккумуляторы не любят экстремально низких температур. Поэтому исследователи из NASA работают над созданием аккумулятора, который мог бы работать при экстремально низких температурах на южном полюсе Луны, где ночью температура опускается до минус 328 градусов по Фаренгейту (минус 200 градусов по Цельсию).
|
|
|
|
Для будущих лунных миссий аккумулятор должен сразу же после прогрева обеспечивать энергией всё, что угодно, — от аварийного комплекта астронавта до лунохода, способного исследовать самые тёмные кратеры Луны, — и при этом не создавать пожароопасную ситуацию.
|
|
|
|
Группа исследователей из NASA работает над тем, чтобы всё это стало возможным. Проект называется Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space (SPEARS), и он может стать для NASA важным инструментом, который поможет обеспечить устойчивое присутствие человечества на Луне в рамках программы «Артемида».
|
|
|
|
«Аккумуляторы стали важной частью нашей жизни на Земле. Они питают наши ноутбуки, мобильные телефоны, электроинструменты и даже автомобили», — сказал Дональд Дорнбуш, главный исследователь проекта SPEARS в Исследовательском центре Гленна при NASA в Кливленде, где реализуется этот проект. «Они понадобятся нам и на Луне, и эти батареи должны будут надежно и безопасно работать в таких суровых условиях. Поэтому мы работаем над этой технологией».
|
|
|
|
|
|
|
Традиционные литий-ионные аккумуляторы, такие как те, что используются в мобильных телефонах и ноутбуках, имеют существенный недостаток: в них используются жидкие электролиты. Если охладить обычный аккумулятор до температуры, которая бывает на Луне ночью, жидкий электролит замерзнет, что может привести к повреждению аккумулятора. Если нагреть его слишком сильно — например, до дневной лунной температуры в 212 °F (100 °C), — он не будет работать, пока не остынет. В космическом вакууме жидкий электролит испаряется.
|
|
|
|
В аккумуляторах SPEARS жидкий электролит заменен на твердый материал на основе керамики или полимера. Это дает ряд преимуществ. Прежде всего, такие аккумуляторы могут работать как при высоких, так и при экстремально низких температурах.
|
|
|
|
Во время недавних испытаний в термовакуумной камере в Исследовательском центре Лэнгли НАСА в Хэмптоне, штат Вирджиния, небольшие прототипы аккумуляторных батарей хорошо работали при температуре до 176 °F (80 °C), до минус 76 °F (минус 60 °C) и с немного сниженной производительностью при температуре до минус 112 °F (минус 80 °C).
|
|
|
|
«Мы впервые доказали, что эти элементы могут работать при температуре до минус 80 градусов по Цельсию (минус 112 градусов по Фаренгейту)», — сказал Йи Лин, руководитель отдела испытаний и исследований SPEARS в Исследовательском центре НАСА имени Лэнгли.
|
|
|
|
Лин также выразил уверенность, что в ближайшие годы они смогут повысить производительность и, возможно, даже расширить диапазон рабочих температур.
|
|
|
|
Батареи должны сохранять работоспособность при резких перепадах температуры на Луне в течение дня и ночи. Испытания в термовакуумной камере показали, что после воздействия экстремальных температур от 100 °C (212 °F) до минус 170 °C (минус 274 °F) батареи SPEARS не повреждаются.
|
|
|
|
Даже твердотельные батареи не работают при температуре ниже минус 170 °C (минус 274 °F), но поскольку твердые электролиты не замерзают, как жидкости, батареи могут выдерживать экстремально низкие температуры.
|
|
|
|
Чтобы снова запустить батареи после воздействия такого холода, используются небольшие нагреватели. Батареи SPEARS не нужно постоянно держать в тепле, достаточно просто нагреть их до рабочей температуры. Это может снизить потребность в массивных системах терморегулирования на космических кораблях и лунных станциях, что позволит создавать более легкие конструкции, снизить затраты и увеличить продолжительность миссий.
|
|
|
|
Сферы применения этих твердотельных аккумуляторов практически безграничны: от небольших инструментов, таких как дрели, которые должны работать в затененных лунных кратерах, до марсоходов и аварийных источников питания для астронавтов. Они также могут стать источником питания для научных приборов, рассчитанных на длительную работу.
|
|
|
|
«Мы можем менять химический состав, используя различные материалы для электродов, — говорит Лин. — Точно так же, как химический состав в ваших наушниках отличается от химического состава в вашем телефоне, а химический состав в вашем телефоне отличается от химического состава в вашем автомобиле, все эти химические составы могут работать с твердым электролитом. Мы можем менять состав в зависимости от того, что нам нужно: больше энергии, больше мощности, больше долговечности — в зависимости от сферы применения».
|
|
|
|
Несмотря на то, что SPEARS разрабатывается для использования в космосе, эту технологию можно адаптировать и для применения на Земле. На самом деле SPEARS появился на основе предыдущего проекта по разработке аккумуляторов, над которым работали Лин и Дорнбуш и который был ориентирован на применение в аэрокосмической отрасли.
|
|
|
|
«Потенциальный рынок твердотельных аккумуляторов очень широк, — говорит Цзи Су, специалист по полимерным материалам и руководитель проекта в Исследовательском центре НАСА имени Лэнгли. — Автомобили, мобильные телефоны, средства связи, дроны — все, что нуждается в портативном источнике питания».
|
|
|
|
Проект SPEARS стартовал в 2026 году. На первых этапах проект будет сосредоточен на разработке технологии, а затем, возможно, перейдет в режим коммерческого сотрудничества. Исследовательский центр Эймса при НАСА в Кремниевой долине в Калифорнии работает над созданием бортового оборудования, такого как испытательные платы и электроника, для подготовки батарей SPEARS к космическим полетам и их тестирования в условиях космоса.
|
|
|
|
Источник
|
