Ученые полагают, что новая разработка солнечных батарей может обеспечить электроэнергией будущие лунные базы. Для производства этих батарей, как утверждают исследователи, можно использовать уникальный ресурс, доступный прямо на Луне — лунную пыль.
Использование лунных ресурсов значительно снижает необходимость и затраты, связанные с транспортировкой материалов с Земли в космос, а также решает важные задачи по обеспечению энергией космических исследований. Немецкие ученые разработали новый солнечный элемент, вдохновленный лунной пылью, который эффективно преобразует солнечный свет в энергию и отличается высокой устойчивостью к радиационному воздействию.
Лунная пыль как ресурс
«Солнечные батареи, применяемые в космических аппаратах, демонстрируют впечатляющие показатели эффективности, варьирующиеся от 30% до 40%, однако такая производительность требует определенных затрат «, — поясняет ведущий исследователь Феликс Ланг из Потсдамского университета (Германия). » Высокая стоимость и значительный вес обусловлены использованием стекла или толстой фольги в качестве защитного слоя. Представить, как можно доставить все эти компоненты в космос, довольно сложно «.
Для реализации проекта команде необходимо преобразовать лунный реголит – рыхлую смесь пыли и камней – в стекловидное вещество. Производство стекла непосредственно на Луне позволит, по мнению разработчиков, сократить транспортные затраты на 99%, благодаря уменьшению массы космического корабля на 99,4%.
По мнению НАСА, это существенно улучшит экономические перспективы постоянных лунных баз, что станет важным этапом подготовки к пилотируемой миссии на Марс.
Создание лунного солнечного элемента
Имитируя лунную пыль и расплавляя её на Земле, немецкие ученые получили лунное стекло, которое затем объединили с перовскитными кристаллами – доступными и эффективными материалами. В результате был создан готовый солнечный элемент. По мнению разработчиков, отправка небольшого объема материалов для переработки лунной пыли в солнечные элементы позволит получить в 100 раз больше энергии на грамм доставленного материала, чем обеспечивают современные солнечные панели.
«Если снизить вес на 99%, то не потребуется использование высокоэффективных солнечных панелей с эффективностью 30%, достаточно будет увеличить их площадь на Луне «, — говорит Лэнг. «Наши компоненты обладают повышенной устойчивостью к воздействию радиации, в отличие от других, которые со временем теряют свои свойства» .
Устойчивый элемент
Результаты лабораторных исследований продемонстрировали, что лунное стекло проявляет лучшие характеристики в условиях космоса по сравнению с земными условиями. Наличие примесей в лунной пыли обуславливает коричневатый цвет стекла, однако это же делает его более устойчивым к воздействию радиации. В ходе моделирования космического излучения лунное стекло проявляло меньшую степень потемнения, даже несмотря на то, что земное стекло изначально обладало большей прозрачностью.
Изготовление стекла на Луне сталкивается с особыми сложностями, отличающими его от земных производственных процессов, однако существуют и факторы, облегчающие эту задачу. Интенсивное солнечное излучение способно обеспечить необходимое тепло для плавления лунной пыли и получения стекла. Кроме того, коричневатый оттенок, являющийся характерной особенностью лунного реголита, не считается дефектом, поэтому его не требуется подвергать тщательной очистке. На данный момент эффективность солнечных элементов составляет 10%, однако, по мнению исследователей, создание более прозрачного стекла может увеличить этот показатель до 23%.
Производство на Луне
Для решения задач, возникающих из-за лунной среды, группа планирует провести небольшой эксперимент на поверхности Луны с целью проверки разработанной технологии. Основные трудности связаны с воздействием слабой гравитации на процесс формирования стекла, низкой эффективностью растворителей в вакууме и значительными колебаниями температур, вызванными отсутствием атмосферы, что способно привести к дестабилизации материалов.
«От извлечения воды для производства топлива до возведения жилых зданий из лунного кирпича — исследователи разрабатывают методы применения лунной реголита «, — говорит Ланг. «Теперь ее можно использовать для производства солнечных батарей, которые, вероятно, обеспечат энергией будущий лунный город «.