Долгое время лунная пыль рассматривалась как препятствие для лунных миссий, однако сейчас она может стать решением важной задачи в освоении космического пространства. Исследователи разработали метод, позволяющий использовать ее для производства энергии. Подобная технология потенциально способна уменьшить расходы на доставку материалов в космос и ускорить создание постоянных лунных поселений.
Солнечные батареи служат главным источником энергии для космических миссий. Хотя современные модели и отличаются высокой эффективностью, их изготовление и доставка связаны со значительными затратами. К примеру, солнечные батареи с эффективностью 30-40% покрывают специальным защитным стеклом или толстой пленкой для защиты от радиации. Это увеличивает массу груза: каждый дополнительный килограмм, отправленный в космос, обходится в тысячи долларов. Для функционирования лунных баз потребуется значительное количество оборудования, а транспортировка даже самого скромного набора обойдется недешево.
На протяжении многих лет ученые ведут поиск способов использования ресурсов других планет. Лунный реголит, представляющий собой рыхлый поверхностный слой, состоящий из пыли и камней, долгое время рассматривался как перспективный материал для строительства, извлечения воды и кислорода. Недавние исследования показали, что его можно использовать для производства солнечных батарей, что позволит создавать их непосредственно на месте. Специалисты утверждают, что это может уменьшить массу необходимого оборудования почти на 99% и на столь же значительную сумму снизить расходы на его доставку.
Немецкие инженеры во главе с Феликсом Лангом из Потсдамского университета разработали инновационный подход к производству солнечных батарей. Для этого они применили материал, напоминающий лунную пыль, который был преобразован в стекло, предназначенное для замены обычного защитного слоя солнечных батарей. Благодаря этой технологии удалось создать более лёгкие и обладающие повышенной устойчивостью к радиации панели. В качестве основного компонента использовались перовскиты — кристаллы, демонстрирующие высокую эффективность в преобразовании солнечного света в электричество.
Ученые получили стекло, используя вещество, похожее на лунную пыль. После этого они изготовили солнечные элементы, объединив полученное «лунное стекло» с перовскитом. Эти кристаллы обладают более простыми технологиями производства, низкой стоимостью и малым весом по сравнению с кремнием, который традиционно используется для создания солнечных панелей.
В ходе эксперимента было установлено, что солнечные батареи, изготовленные из «лунного стекла», демонстрируют в сто раз большую эффективность на грамм материала по сравнению с обычными батареями при использовании в космических условиях. Это означает, что один грамм «лунной» батареи генерирует в сто раз больше энергии, чем один грамм стандартной. Следовательно, для получения киловатта мощности потребуется в сто раз меньше материала, доставляемого с Земли.
Проведенные испытания продемонстрировали повышенную устойчивость «лунного стекла» к воздействию радиации. Под действием космического излучения обычное стекло затемняется, что препятствует прохождению света. Однако естественный коричневый цвет лунной пыли, обусловленный наличием железа и титана, обеспечивает стабилизацию материала. После облучения панели из «лунного стекла» сохранили свои характеристики, в то время как земные образцы начали терять свои свойства.
Изготовление «лунного стекла» представляет собой несложный процесс. Для его производства достаточно расплавить материал, используя концентрированный солнечный свет. Варьируя толщину стекла и состав солнечной батареи, исследователи добились эффективности в 10%. При этом они полагают, что очистка лунной пыли от посторонних веществ позволит увеличить этот показатель до 23%.
Хотя технология обладает значительным потенциалом, существует ряд вопросов, требующих решения. Перовскиты, вероятно, не встречаются на Луне и планируются к производству непосредственно на её поверхности. Для этого процесса потребуются растворители, которые будут испаряться в условиях вакуума.
Из-за того, что лунная гравитация в шесть раз меньше земной, это может оказать влияние на формирование стекла. Аналогичный эффект оказывают температурные перепады.
Разница температур, варьирующаяся от минус 173 до плюс 127 градусов Цельсия, может привести к повреждению структуры панелей. Для оценки работоспособности технологии в реальных условиях немецкие инженеры намерены направить экспериментальную установку на Луну.
Научная работа опубликована в журнале Device.