Ученые обнаружили на Луне нечто, что может помочь в обеспечении энергией будущих лунных баз
Новая разновидность солнечных батарей может стать ключом к энергоснабжению будущих лунных баз. По словам ученых, для их изготовления можно использовать удивительный местный ингредиент — лунную пыль.
Использование ресурсов Луны в значительной степени устраняет дорогостоящую и технически сложную необходимость транспортировки материалов с Земли в космос, решая при этом огромные энергетические потребности исследований. Новый солнечный элемент, созданный немецкими учеными, основан на имитации лунной пыли, которая эффективно преобразует солнечный свет в энергию, оставаясь при этом очень устойчивой к радиационному излучению.
Лунная пыль как ресурс
"Солнечные батареи, используемые сейчас в космосе, поражают воображение, достигая эффективности от 30% до 40%, но за эту эффективность приходится платить", — говорит ведущий исследователь Феликс Ланг из Потсдамского университета (Германия). "Они очень дорогие и относительно тяжелые, потому что в качестве покрытия используется стекло или толстая фольга. Трудно представить, как можно поднять все эти элементы в космос".
Работа команды предусматривает превращение покрытия лунной поверхности из рыхлой пыли и камней, называемого реголитом, в стекло. Производя стекло на Луне, а не на Земле, команда считает, что сможет снизить транспортные расходы на 99% за счет уменьшения стартовой массы космического корабля на 99,4%.
По оценкам НАСА, это значительно повысит экономическую жизнеспособность долгосрочных поселений на Луне, что станет важным шагом на пути к запуску миссии на Марс с экипажем.
Создание лунного солнечного элемента
Немецкие исследователи расплавили имитацию лунной пыли в лабораторных условиях на Земле, превратив её в лунное стекло, а затем соединили его с дешёвыми, но высокоэффективными перовскитными кристаллами, создав готовый солнечный элемент. По расчётам команды, если отправить на Луну лишь небольшое количество материалов для доработки лунной пыли в солнечные элементы, их новая разработка будет производить в 100 раз больше энергии на каждый грамм доставленного материала по сравнению с существующими солнечными элементами.
"Если вы уменьшите вес на 99%, вам не понадобятся сверхэффективные 30% солнечные элементы, вы просто сделаете их больше на Луне", — говорит Лэнг. "Кроме того, наши элементы более устойчивы к радиации, в то время как другие со временем деградируют".
Устойчивый элемент
Лабораторные испытания показали, что лунное стекло работает в космосе лучше, чем на Земле. Примеси в лунной пыли придают стеклу коричневатый оттенок, но одновременно делают его более устойчивым к радиации. При моделировании космического излучения лунное стекло темнело значительно меньше, несмотря на то что земное стекло изначально было прозрачнее.
Производство стекла на Луне сопряжено с уникальными трудностями по сравнению с земными технологиями, но есть и упрощающие факторы. Сконцентрированный солнечный свет может обеспечить достаточно тепла для плавления лунной пыли в стекло. Кроме того, поскольку коричневый оттенок — это особенность, а не дефект, лунный реголит не требует глубокой очистки. На текущем уровне оптимизации КПД солнечного элемента составляет 10%, но учёные предполагают, что создание более прозрачного стекла повысит эффективность до 23%.
Производство на Луне
Чтобы решить проблемы, связанные с лунными условиями, команда планирует провести небольшой эксперимент на поверхности Луны для проверки своей технологии. Среди ключевых сложностей — влияние низкой гравитации на формирование стекла, неэффективность растворителей в вакууме, а также резкие перепады температур из-за отсутствия атмосферы, что может привести к нестабильности материалов.
"От добычи воды для топлива до строительства домов из лунного кирпича — ученые находят способы использования лунной пыли", — говорит Ланг. "Теперь мы можем превратить ее в солнечные батареи, которые, возможно, обеспечат энергией будущий лунный город".