Атом стойкости
Кремниевые солнечные батареи используют в космонавтике с момента ее возникновения, и они до сих пор не уступили свое место более совершенным органическим образцам. Хотя современные варианты способны вырабатывать вдвое больше энергии при той же площади поверхности. Связано это в первую очередь с низкой стойкостью органики к воздействию космической радиации, что приводит к быстрому разрушению элементов в космосе. Решить эту проблему удалось российским ученым, представившим батареи, которым не страшно излучение.
— Мы обнаружили, что металлоорганические соединения, содержащие в себе редкоземельные металлы (лантаноиды), обладают высокой стойкостью к радиации и поэтому пригодны к использованию в космической технике, — рассказал профессор Института металлорганической химии Российской академии наук Михаил Бочкарев. — В результате экспериментов было доказано, что под воздействием потока частиц свое местоположение в материале меняет лишь незначительная часть атомов вещества. И это не оказывает существенного влияния на его характеристики. В неорганических образцах смещение такого же количества атомов существенно меняет их полупроводниковые свойства.
Другое преимущество металлоорганических солнечных элементов состоит в их восприимчивости к более широкому диапазону излучения, который включает в себя видимый инфракрасный свет, а также ультрафиолет. В результате это позволит им более эффективно преобразовывать энергию солнца в электричество. Готовые изделия из новых материалов будут доступными по цене, поскольку вещества на основе лантаноидов уже широко используются в промышленности — в частности, из них делают элементы для LED-экранов современных телевизоров.
По мнению экспертов, такие материалы можно будет использовать как на искусственных спутниках Земли, так и в системах электроснабжения новой космической техники, предназначенной для дальних полетов (в частности, на Марс). Она будет испытывать на себе большее воздействие космических частиц, чем низкоорбитальные аппараты.
В настоящее время разработчиками уже созданы четыре прототипа перспективных солнечных батарей. Они проходят испытания, по результатам которых будут сделаны выводы о возможности использования подобных материалов в космической технике.
— Мы обнаружили, что металлоорганические соединения, содержащие в себе редкоземельные металлы (лантаноиды), обладают высокой стойкостью к радиации и поэтому пригодны к использованию в космической технике, — рассказал профессор Института металлорганической химии Российской академии наук Михаил Бочкарев. — В результате экспериментов было доказано, что под воздействием потока частиц свое местоположение в материале меняет лишь незначительная часть атомов вещества. И это не оказывает существенного влияния на его характеристики. В неорганических образцах смещение такого же количества атомов существенно меняет их полупроводниковые свойства.
Другое преимущество металлоорганических солнечных элементов состоит в их восприимчивости к более широкому диапазону излучения, который включает в себя видимый инфракрасный свет, а также ультрафиолет. В результате это позволит им более эффективно преобразовывать энергию солнца в электричество. Готовые изделия из новых материалов будут доступными по цене, поскольку вещества на основе лантаноидов уже широко используются в промышленности — в частности, из них делают элементы для LED-экранов современных телевизоров.
По мнению экспертов, такие материалы можно будет использовать как на искусственных спутниках Земли, так и в системах электроснабжения новой космической техники, предназначенной для дальних полетов (в частности, на Марс). Она будет испытывать на себе большее воздействие космических частиц, чем низкоорбитальные аппараты.
В настоящее время разработчиками уже созданы четыре прототипа перспективных солнечных батарей. Они проходят испытания, по результатам которых будут сделаны выводы о возможности использования подобных материалов в космической технике.
Болезнь высоты
— Судя по научным публикациям, разработчики воздействовали на получившиеся образцы потоком нейтронов, что только отчасти может воссоздать условия полета, — полагает руководитель лаборатории космического материаловедения НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Лев Новиков. — Однако положительные результаты такого опыта позволяют надеяться на необходимую стойкость материала, которая должна быть подтверждена в ходе экспериментов.
По словам эксперта, применение защищенных батарей будет особенно оправдано в аппаратах, работающих на высотах, близких к 20 тыс. км, где на технику воздействуют мощные радиационные пояса. Кроме того, стойкие элементы необходимы и в открытом космосе во время солнечных вспышек, при которых выбрасываются мощные потоки протонов, способные повредить батареи.
Однако новые элементы могут пригодиться и разработчикам спутников, которые летают на низких орбитах.
— Наши аппараты работают на высоте ниже 1 тыс. км, где воздействие радиации сведено к минимуму, — рассказал директор по маркетингу компании «Спутникс» Анатолий Копик. — Но использование новых батарей (если по КПД они действительно превосходят кремниевые) может быть оправдано и в этих условиях. Так как большая эффективность позволяет сократить размер источников энергии и приводов, которые отвечают за их развертывание. За счет этого может быть снижена масса спутника или освобождено место для других его систем.
Перспективы разработки не ограничиваются только космическими аппаратами — на ее основе планируется собрать устройство для прямого преобразования ионизирующего излучения в электричество, минуя стадию нагрева теплоносителя. За счет этого могут быть созданы атомные электростанции нового поколения.
Кроме того, после появления таких устройств в качестве источника энергии можно будет использовать даже отработанное ядерное топливо, которое превратится из проблемных отходов в ценный источник энергии.
По словам эксперта, применение защищенных батарей будет особенно оправдано в аппаратах, работающих на высотах, близких к 20 тыс. км, где на технику воздействуют мощные радиационные пояса. Кроме того, стойкие элементы необходимы и в открытом космосе во время солнечных вспышек, при которых выбрасываются мощные потоки протонов, способные повредить батареи.
Однако новые элементы могут пригодиться и разработчикам спутников, которые летают на низких орбитах.
— Наши аппараты работают на высоте ниже 1 тыс. км, где воздействие радиации сведено к минимуму, — рассказал директор по маркетингу компании «Спутникс» Анатолий Копик. — Но использование новых батарей (если по КПД они действительно превосходят кремниевые) может быть оправдано и в этих условиях. Так как большая эффективность позволяет сократить размер источников энергии и приводов, которые отвечают за их развертывание. За счет этого может быть снижена масса спутника или освобождено место для других его систем.
Перспективы разработки не ограничиваются только космическими аппаратами — на ее основе планируется собрать устройство для прямого преобразования ионизирующего излучения в электричество, минуя стадию нагрева теплоносителя. За счет этого могут быть созданы атомные электростанции нового поколения.
Кроме того, после появления таких устройств в качестве источника энергии можно будет использовать даже отработанное ядерное топливо, которое превратится из проблемных отходов в ценный источник энергии.