Космические агентства переходят от планов кратких полетов к Луне к созданию постоянных обитаемых станций на ее поверхности. Программа НАСА «Артемида» нацелена на это к 2030 году, а Китай совместно с партнерами планирует развернуть исследовательскую станцию к середине следующего десятилетия. По мнению старшего преподавателя инженерного дела из Университета Южного Уэльса Хаммада Назира, эти проекты зависят от решения энергетической проблемы. Нужны аккумуляторы, способные работать в условиях, кардинально отличающихся от земных.
Согласно публикации The Conversation, на Земле батареи функционируют в сравнительно стабильной среде. В космосе, особенно на поверхности Луны или Марса, их ждут испытания. Температура может падать до -150 °C во время лунной ночи и подниматься до +150 °C на солнце. Отсутствие атмосферы затрудняет отвод тепла, а космическая радиация постепенно разрушает материалы. Даже микрогравитация влияет на внутренние процессы в элементах питания.
Обычные литий-ионные аккумуляторы для такой среды не подходят. Современные миссии используют специально доработанные системы. К примеру, марсоход Perseverance использует батареи, устойчивые к холоду и пыли. На Международной космической станции никель-водородные аккумуляторы сменили на литий-ионные, рассчитанные на долгую службу при резких перепадах температур. Ученые активно изучают, как космические условия влияют на аккумуляторы. С помощью компьютерного моделирования и лабораторных экспериментов воссоздаются экстремальные факторы: от радиационного разрушения электродов до перегрева в вакууме.
Это заставляет пересматривать подходы к разработке. Помимо плотности энергии, на первый план выходят безопасность, стабильность при температурах и долгий срок службы. Перспективными для космоса считаются магниево-воздушные аккумуляторы, отличающиеся легкостью и высокой энергоемкостью. Они могут подойти для мобильных устройств и дронов. Для пилотируемых модулей, где надежность критична, рассматриваются литий-титанатные системы. Они уступают в мощности, но лучше переносят экстремальный нагрев и имеют увеличенный ресурс.
Для масштабных обитаемых баз, где нужны большие энергохранилища, изучаются натрий-ионные и калий-ионные аккумуляторы. Они дешевле литиевых и проще в производстве, что важно для создания стабильных сетей на лунной или марсианской базе. Отдельное внимание уделяется многофункциональным системам. Например, электрохимические устройства, которые не только накапливают энергию, но и производят перекись водорода для очистки воды или регенерации воздуха в жилых отсеках. В космических полетах, где важен каждый килограмм, совмещение функций становится принципиальным.
Ранее Наука Mail рассказывала, можно ли заряжать телефон на морозе.
