Инновационный тип солнечных панелей может решить проблему энергоснабжения будущих баз на Луне. Исследователи утверждают, что для производства таких панелей можно применять неожиданный местный ресурс — реголит (лунную пыль). Использование лунных материалов существенно сокращает необходимость дорогостоящей транспортировки компонентов с Земли, одновременно решая значительные энергетические задачи лунных миссий. Солнечный элемент, разработанный немецкими учеными на основе аналога лунной пыли, эффективно превращает солнечное излучение в электричество и обладает высокой радиационной стойкостью.
Лунная пыль как ценный ресурс
"Современные космические солнечные батареи впечатляют эффективностью 30-40%, но имеют серьезные недостатки", — объясняет руководитель исследования Феликс Ланг из Потсдамского университета. "Они чрезвычайно дороги и относительно тяжелы из-за стеклянного покрытия или толстой фольги. Доставка таких элементов в космос представляется крайне проблематичной".
Исследовательская группа предлагает преобразовывать верхний слой лунной поверхности, состоящий из пыли и камней (реголит), в стекло. Производя стекло непосредственно на Луне, ученые планируют уменьшить транспортные расходы на 99% за счет снижения массы космического корабля на 99,4%. Согласно оценкам НАСА, это значительно повысит экономическую целесообразность долгосрочных лунных поселений, что является важным этапом в подготовке пилотируемой миссии на Марс.
Технология создания лунного солнечного элемента
Немецкие исследователи расплавили имитацию лунной пыли в земных лабораторных условиях, превратив ее в лунное стекло, которое затем соединили с недорогими, но высокоэффективными перовскитными кристаллами, создав полноценный солнечный элемент. По расчетам команды, если отправить на Луну лишь минимальное количество материалов для обработки лунной пыли, их изобретение будет производить в 100 раз больше энергии на грамм доставленного материала по сравнению с существующими солнечными батареями.
"При снижении веса на 99% нет необходимости в сверхэффективных 30% солнечных элементах — можно просто увеличить их площадь прямо на Луне", — отмечает Ланг. "Кроме того, наши элементы обладают повышенной радиационной стойкостью, в то время как традиционные со временем деградируют".
Преимущества устойчивости
Лабораторные испытания показали, что лунное стекло функционирует в космических условиях 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, хотя земное стекло изначально было более прозрачным.
Производственный процесс на Луне имеет свои особенности по сравнению с земными технологиями, но также предлагает определенные преимущества. Концентрированный солнечный свет может обеспечить достаточно тепла для плавления лунной пыли в стекло. Более того, поскольку коричневый оттенок является преимуществом, а не недостатком, лунный реголит не требует тщательной очистки.
На текущем этапе оптимизации КПД солнечного элемента составляет 10%, однако исследователи полагают, что разработка более прозрачного стекла может повысить эффективность до 23%.
Перспективы производства на Луне
Для решения проблем, связанных с лунными условиями, научная группа планирует провести небольшой эксперимент непосредственно на поверхности Луны для проверки своей технологии. Среди основных трудностей — влияние пониженной гравитации на формирование стекла, неэффективность растворителей в вакууме, а также резкие температурные колебания из-за отсутствия атмосферы, что может приводить к нестабильности материалов.
"От добычи воды для топлива до строительства сооружений из лунного кирпича — ученые находят разнообразные способы использования лунной пыли", — говорит Ланг. "Теперь мы способны превратить ее в солнечные батареи, которые потенциально обеспечат энергией будущие лунные поселения".