Марсианское питание: созданы батареи для полетов на Красную планету
Солнечным батареям вскоре станет не страшна разрушающая космическая радиация. Их изготовят из нового российского металлоорганического материала. Такие источники энергии можно будет устанавливать как на околоземных спутниках или станциях, так и на кораблях, рассчитанных на экспедиции к Луне или Марсу. В результате техника станет легче и в ней освободится пространство для дополнительного груза.
Атом стойкости
Кремниевые солнечные батареи используют в космонавтике с момента ее возникновения, и они до сих пор не уступили свое место более совершенным органическим образцам. Хотя современные варианты способны вырабатывать вдвое больше энергии при той же площади поверхности. Связано это в первую очередь с низкой стойкостью органики к воздействию космической радиации, что приводит к быстрому разрушению элементов в космосе. Решить эту проблему удалось российским ученым, представившим батареи, которым не страшно излучение.
— Мы обнаружили, что металлоорганические соединения, содержащие в себе редкоземельные металлы (лантаноиды), обладают высокой стойкостью к радиации и поэтому пригодны к использованию в космической технике, — рассказал профессор Института металлорганической химии Российской академии наук Михаил Бочкарев. — В результате экспериментов было доказано, что под воздействием потока частиц свое местоположение в материале меняет лишь незначительная часть атомов вещества. И это не оказывает существенного влияния на его характеристики. В неорганических образцах смещение такого же количества атомов существенно меняет их полупроводниковые свойства.
Другое преимущество металлоорганических солнечных элементов состоит в их восприимчивости к более широкому диапазону излучения, который включает в себя видимый инфракрасный свет, а также ультрафиолет. В результате это позволит им более эффективно преобразовывать энергию солнца в электричество. Готовые изделия из новых материалов будут доступными по цене, поскольку вещества на основе лантаноидов уже широко используются в промышленности — в частности, из них делают элементы для LED-экранов современных телевизоров.
По мнению экспертов, такие материалы можно будет использовать как на искусственных спутниках Земли, так и в системах электроснабжения новой космической техники, предназначенной для дальних полетов (в частности, на Марс). Она будет испытывать на себе большее воздействие космических частиц, чем низкоорбитальные аппараты.
В настоящее время разработчиками уже созданы четыре прототипа перспективных солнечных батарей. Они проходят испытания, по результатам которых будут сделаны выводы о возможности использования подобных материалов в космической технике.
Болезнь высоты
— Судя по научным публикациям, разработчики воздействовали на получившиеся образцы потоком нейтронов, что только отчасти может воссоздать условия полета, — полагает руководитель лаборатории космического материаловедения НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Лев Новиков. — Однако положительные результаты такого опыта позволяют надеяться на необходимую стойкость материала, которая должна быть подтверждена в ходе экспериментов.
По словам эксперта, применение защищенных батарей будет особенно оправдано в аппаратах, работающих на высотах, близких к 20 тыс. км, где на технику воздействуют мощные радиационные пояса. Кроме того, стойкие элементы необходимы и в открытом космосе во время солнечных вспышек, при которых выбрасываются мощные потоки протонов, способные повредить батареи.
Однако новые элементы могут пригодиться и разработчикам спутников, которые летают на низких орбитах.
— Наши аппараты работают на высоте ниже 1 тыс. км, где воздействие радиации сведено к минимуму, — рассказал директор по маркетингу компании «Спутникс» Анатолий Копик. — Но использование новых батарей (если по КПД они действительно превосходят кремниевые) может быть оправдано и в этих условиях. Так как большая эффективность позволяет сократить размер источников энергии и приводов, которые отвечают за их развертывание. За счет этого может быть снижена масса спутника или освобождено место для других его систем.
Перспективы разработки не ограничиваются только космическими аппаратами — на ее основе планируется собрать устройство для прямого преобразования ионизирующего излучения в электричество, минуя стадию нагрева теплоносителя. За счет этого могут быть созданы атомные электростанции нового поколения.
Кроме того, после появления таких устройств в качестве источника энергии можно будет использовать даже отработанное ядерное топливо, которое превратится из проблемных отходов в ценный источник энергии.
