Įsivaizduokite, kad stovite Mėnulio pietiniame ašigalyje, kai saulė nuslenka ir temperatūra krinta. Peizažas nutyla. Metalas atvėsta taip, kad skauda liesti. Prietaisai užgesta. Žmogiškosios misijos negali sau leisti tokio tylėjimo. Joms reikia galios, kuri atlaikytų ekstremalias sąlygas, kurių dauguma akumuliatorių neišgyventų.
NASA SPEARS programa (sutrumpinimas iš „Stabili energija ekstremalioms ir atokiems kosmoso aplinkoms“) siekia tai pakeisti. Tikslas paprastas, bet sunkus: tiekti saugią, patikimą energiją, kuri leistų roveriams, gyvenamiesiems moduliams ir astronautams veikti per žiaurius mėnulio nakties ir nuolat šešėlyje esančių kraterių temperatūrų svyravimus.
Kodėl įprasti akumuliatoriai nepasiseka ten, kur turi pasisekti SPEARS
Standartinės ličio jonų ląstelės remiasi skystais elektrolitais. Šie skysčiai prie ypač žemų temperatūrų užšąla ir vakuume gali išgaruoti, dėl ko suprastėja veikimas arba ląstelės gali sugesti. Aukšta temperatūra yra kitas priešas; karšti ciklai pagreitina dilimą ir gali sukelti pavojingus gedimus. Mėnulyje nakties temperatūra netoli pietinio ašigalio gali nukristi iki maždaug minus 200 laipsnių Celsijaus, o atviri įrenginiai gali susidurti su greitais perėjimais nuo maždaug +100 iki itin žemų reikšmių.
SPEARS pereina prie kietųjų elektrolitų, keramikos ar polimerų medžiagų, kurios lieka kietos vietoj to, kad ištirptų ar išgaruotų. Kietųjų elementų konstrukcijos sumažina kai kurias mechanines silpnybes ir skysčiais pagrįstų ląstelių saugos rizikas, suteikdamos geresnį atsparumą dideliems temperatūros svyravimams ir kosmoso vakuumui.
Lauko bandymai ir jų reikšmė
Langlio tyrimų centre NASA inžinieriai ištestavo SPEARS prototipines ląsteles per eilę terminų bandymų. Ląstelės veikė gerai temperatūrose iki maždaug +80 laipsnių Celsijaus ir toliau veikė priimtinu lygiu apie −60 laipsnių Celsijaus. Veikimas sumažėjo maždaug prie −80 laipsnių Celsijaus, tačiau svarbiausia, kad vienetai nepatyrė nuolatinės žalos, kai buvo cikluojami tarp maždaug +100 ir −170 laipsnių Celsijaus.
Ši paskutinė pastaba svarbi. Prototipai negali veikti be priežiūros esant didžiausiam šalčiui; jiems reikalingi nedideli šildytuvai, kad po poveikio itin žemoms temperatūroms jie sušiltų iki darbinio režimo lango. Vis dėlto, kadangi akumuliatoriai gali išgyventi tuos ekstremumus be katastrofinių gedimų, misijų projektavimo specialistai gali sumažinti aktyvių terminio valdymo sistemų dydį ir svorį. Mažesnė masė reiškia mažesnes paleidimo sąnaudas ir didesnį naudingą krovinį mokslui ar gyvybės palaikymui.
Pritaikoma chemija misijos poreikiams
Tyrėjai taip pat gali keisti elektrodo medžiagas, kad SPEARS ląstelės būtų pritaikytos didesnei energetinei talpai, didesnei galios išėjimui ar ilgesnei tarnavimo trukmei, priklausomai nuo paskirties. Grąžtas, paliktas nuolat šešėlyje esančiame krateryje, reikalaus kitokios įrangos nei presurizuotas roveris ar avarinis energijos blokas įgulai skirtam nusileidimo moduliui.
„Mūsų tikslas yra atsparumas“, sako Yi Lin, vadovaujantis NASA mėnulio akumuliatorių bandymams. „Norime ląstelių, kurios išgyventų tai, ką Mėnulis gali joms pasiūlyti blogiausiu atveju, ir vis tiek tiektų naudojamą energiją, kai įgulos arba prietaisai to labiausiai reikia.“
Galimos panaudojimo sritys apima gręžimo įrangą tamsiuose krateriuose, mėnulinus roverius, kurie įveikia ekstremalią reljefą, astronautų avarinius energijos paketus ir ilgai veiksiančias mokslines platformas. Žemėje atsparūs kietojo kūno akumuliatoriai galėtų rasti panaudojimą šaltų regionų transporto priemonėse, bepiločiuose orlaiviuose ir ryšio įrangoje.
Vystyti akumuliatorius, kurie ištvertų Mėnulio terminį žiaurumą, neišspręs visų ilgalaikės Mėnulio buvimo iššūkių. Tačiau tai pašalina vieną didelį apribojimą. Turint tvirtesnę energijos saugyklą, Artemidės eros misijų projektantai gali kurti lengvesnius būstus, pratęsti paviršiaus operacijas ir tyrinėti sritis, anksčiau laikytas neprieinamomis dėl jų šalčio.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.