Энергия для лунных миссий. НАСА создает новое поколение твердотельных аккумуляторов
В рамках проекта SPEARS специалисты разрабатывают аккумуляторы, способные выдерживать экстремальные перепады температур на Луне от -200 °C до +100 °C, обеспечивая энергией скафандры, научные приборы и луноходы миссии Artemis.
Обычные литий-ионные аккумуляторы, которыми оборудованы современные смартфоны, ноутбуки и электромобили, крайне чувствительны к суровым температурным условиям. На Южном полюсе Луны во время долгой лунной ночи температура опускается до отметки -200 °C, а днем поднимается до +100 °C. Традиционный жидкий электролит в таких условиях либо замерзает, разрушая внутреннюю структуру батареи, либо улетучивается в открытом космическом вакууме.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа НАСА в рамках нового проекта SPEARS (Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space) работает над созданием твердотельных аккумуляторов. В этих элементах питания жидкое вещество заменено прочным керамическим или полимерным материалом, который не подвергается кристаллизации во время замерзания и не испаряется.
В ходе серии термовакуумных испытаний в Исследовательском центре Лэнгли в Вирджинии экспериментальные прототипы батарей успешно продемонстрировали работоспособность при высоких температурах до +80 °C и снижении температуры до -60 °C, а также сохранили функциональность при отметке -80 °C. Даже после воздействия критических температур в диапазоне от -170 °C до +100 °C аккумуляторы SPEARS не получили никаких внутренних повреждений. Для возвращения батареи в рабочее состояние после глубокой заморозки достаточно применить небольшие встроенные нагреватели, что избавляет от необходимости устанавливать на космические аппараты тяжелые и громоздкие системы постоянного терморегулирования.
Гибкость химического состава позволяет адаптировать технологию под различные потребности программы Artemis. Планируется, что аккумулятор сможет питать все: от автономного ручного инструмента и аварийных комплектов астронавтов до тяжелых луноходов и длительных научных станций в темных кратерах.
Кроме космической отрасли разработка имеет колоссальный потенциал для использования на Земле. Керамические и полимерные твердотельные элементы питания могут стать основой нового поколения надежных электромобилей, беспилотников, портативной электроники и средств связи, способных бесперебойно работать в самых строгих климатических зонах нашей планеты.