Місячна пилюка, яка десятиліттями вважалася проблемою для місячних експедицій, може вирішити ключове питання освоєння космосу. Вчені знайшли спосіб, як перетворити її на важливий елемент для виробництва енергії. Теоретично така технологія здатна знизити витрати на запуск матеріалів у космос та наблизить створення постійних місячних баз.
Сонячні батареї – основне джерело енергії для космічних місій. Сучасні моделі ефективні, але їх виробництво та транспортування коштують дорого. Наприклад, сонячні батареї з ККД 30-40% покривають спеціальним захисним склом або товстою плівкою для захисту від радіації. Це збільшує масу вантажу: кожен додатковий кілограм, відправлений у космос, коштує тисячі доларів. Для місячних баз будуть потрібні тонни обладнання, і доставка навіть мінімального комплекту виллється у велику суму.
Вчені десятиліттями шукали способи використати ресурси інших планет. Місячний реголіт — пухкий поверхневий шар із пилу та каміння — розглядали як матеріал для будівництва, видобутку води та кисню. Тепер дослідники з’ясували, що його можна перетворити на основу для сонячних батарей, що дозволить створювати їх прямо на місці. На думку експертів, це може скоротити масу корисного навантаження майже на 99% і так само знизити витрати на транспортування.
Команда німецьких інженерів під керівництвом Фелікса Ланга (Felix Lang) із Потсдамського університету запропонувала новий спосіб створення сонячних батарей. Вони використовували матеріал, що імітує місячний пил, який змогли перетворити на скло, здатне замінити традиційне захисне покриття сонячних батарей. Новий метод дозволив створити більш легкі та стійкі до радіації панелі. Як активний матеріал вчені взяли перовскіти — кристали, які дуже ефективно перетворюють сонячне світло на електрику.
Дослідники переплавили речовину, що імітує місячний пил, у скло. Потім створили сонячні осередки, з’єднавши «місячне скло» з перовскітом. Ці кристали простіше у виготовленні, дешевші і легші, ніж кремній, з якого зазвичай роблять сонячні панелі.
Під час експерименту з’ясувалося, що у сонячних батарей на основі «місячного скла» ефективність у 100 разів вища за ефективність стандартних на кожен грам матеріалу, відправленого в космос. Тобто, якщо взяти один грам такої батареї і один грам звичайної, «місячна» дасть у 100 разів більше енергії. Виходить, на кіловат потужності батареї потрібно буде привезти із Землі у 100 разів менше матеріалу.
Тести показали, що «місячне скло» краще протистоїть радіації. Звичайне скло під космічним випромінюванням темніє, блокуючи світло. Але природний коричневий відтінок місячного пилу через домішки заліза та титану у його складі стабілізує матеріал. Після опромінення «місячні» панелі зберегли працездатність, тоді як земні аналоги почали деградувати.
Процес виробництва «місячного скла» виявився досить простим. Його можна розплавити за допомогою концентрованого сонячного світла. Регулюючи товщину скла та склад сонячної батареї, вчені досягли ККД 10%. Однак вони впевнені, що очищення місячного пилу від домішок підвищить показник до 23%.
Незважаючи на перспективність технології, залишається низка невирішених питань. Перовскітів на Місяці немає, мабуть, їх планують створювати на поверхні супутника. Для їх отримання необхідні розчинники, які випаровуються у вакуумі. Місячна гравітація, яка в шість разів слабша за земну, може вплинути на процес формування скла. Те саме стосується температурних коливань.
Перепади температур мінус 173 до плюс 127 градусів Цельсія здатні пошкодити структуру панелей. Щоб перевірити технологію в реальних умовах, німецькі інженери планують надіслати експериментальну установку на Місяць. Наукова робота опублікована в журналі Device.
