NASA разрабатывает твердотельные батареи, предназначенные для безопасной работы в суровой лунной среде, в рамках проекта Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space (SPEARS). Проект призван обеспечить источник энергии для будущих миссий Artemis — от аварийных комплектов и исследовательских роботов до научных инструментов и марсоходов.
Ночью температура вблизи южного полюса Луны опускается примерно до 328 градусов по Фаренгейту ниже нуля, что соответствует 200 градусам Цельсия ниже нуля. Такой диапазон представляет собой проблему для традиционных батарей, в которых используется жидкий электролит, способный замёрзнуть при сильном холоде или испариться в вакууме космоса; кроме того, на них воздействуют высокие температуры в течение лунного дня.
Результаты температурных испытаний
Небольшие экспериментальные элементы использовались в температурных испытаниях в вакууме, проведённых командой NASA в Исследовательском центре Лэнгли в штате Вирджиния. Элементы хорошо работали при температурах до 176 градусов по Фаренгейту, или 80 градусов по Цельсию, а также продолжали работать при 76 градусах по Фаренгейту ниже нуля, с незначительным снижением производительности при 112 градусах по Фаренгейту ниже нуля, то есть при 80 градусах Цельсия ниже нуля.
Yi Lin, руководитель испытаний и исследований проекта SPEARS в центре Лэнгли, заявил, что команда впервые доказала способность этих элементов работать при 80 градусах Цельсия ниже нуля. Испытания также показали, что батареи не получили повреждений после воздействия колебаний температуры от 212 градусов по Фаренгейту до 274 градусов по Фаренгейту ниже нуля, то есть от 100 градусов Цельсия до 170 градусов Цельсия ниже нуля.
Что меняется на практике?
В проекте SPEARS жидкий электролит заменяется твёрдым материалом, изготовленным из керамики или полимера. Это не означает, что батарея будет работать при самых низких температурах, которым может подвергаться поверхность Луны: перед возобновлением работы элементам требуется ограниченный нагрев. Однако твёрдый электролит не замерзает так же, как жидкий, благодаря чему батарея может выдерживать воздействие сильного холода без повреждений.
Такой подход может снизить необходимость постоянно поддерживать батареи в тёплом состоянии, что способно уменьшить массу систем терморегулирования в лунных аппаратах и сооружениях, а также обеспечить более лёгкие конструкции и более длительные операции. При этом эти преимущества зависят от способности технологии перейти от небольших испытательных элементов к оборудованию, квалифицированному для космических полётов.
От лунных инструментов к земным приложениям
NASA изучает возможность использования батарей в бурах, работающих внутри постоянно затенённых кратеров, марсоходах, аварийных энергетических блоках и научных приборах длительного действия. Согласно NASA, химический состав батареи можно изменять в соответствии с различными приоритетами, такими как плотность энергии, мощность или долговечность.
Проект SPEARS начался в 2026 году при финансировании отдела перспективных исследований и технологий Дирекции научно-технических миссий NASA. На ранних этапах основное внимание уделяется развитию технологии, а позднее возможен переход к коммерческому сотрудничеству. Исследовательский центр Эймса работает над разработкой лётного оборудования, включая испытательные платы и электронику, чтобы подготовить батареи к испытаниям в космической среде.
Хотя основной причиной запуска проекта является космос, NASA указывает на более широкие возможности применения твердотельных батарей в автомобилях, телефонах, устройствах связи и беспилотных летательных аппаратах. Текущий статус подтверждает устойчивость экспериментальных элементов к суровым температурным условиям, но пока не доказывает их полную эксплуатационную готовность или возможность использования в лунной миссии.