Лунные ночи представляют собой серьезное испытание для космической техники: температура на поверхности спутника может опускаться до -200 °C. В таких условиях стандартные литий-ионные батареи становятся непригодными из-за замерзания жидкого электролита, а в вакууме он вовсе может закипеть и повредить корпус. Для решения этой проблемы исследователи NASA разрабатывают проект SPEARS (Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space).
Прототип твердотельной батареи SPEARS во время термовакуумных испытаний NASA. Источник: NASA / Ryan Hill
Твердотельные электролиты для экстремальных условий
Основной принцип SPEARS заключается в использовании твердого керамического или полимерного электролита вместо жидкого. Это позволяет исключить проблемы, связанные с вакуумом и экстремально низкими температурами. Кроме того, такая конструкция минимизирует необходимость в громоздких и энергоемких системах терморегуляции. В отличие от традиционных батарей, которые требуют постоянного подогрева, твердотельным элементам достаточно кратковременного нагрева перед началом работы.
Проект SPEARS является развитием предыдущих инициатив NASA. Например, в рамках прошлогоднего проекта SABERS была достигнута удельная плотность энергии в 505 Вт·ч/кг. Еще в 2022 году ученым удалось увеличить скорость разряда батарей в 10 раз, что критически важно для питания мощных роверов и другого оборудования.
Результаты испытаний и перспективы применения
Недавние термовакуумные испытания показали стабильную работу прототипов SPEARS в диапазоне температур от +80 °C до -60 °C. При -80 °C наблюдается снижение производительности, однако батареи остаются работоспособными. Наиболее значимым результатом стало то, что ячейки успешно выдержали циклы от +100 °C до -170 °C без каких-либо структурных повреждений.
Как отметил руководитель тестирования Йи Лин (Yi Lin), химический состав этих аккумуляторов может быть адаптирован под конкретные требования, такие как мощность, емкость или долговечность. Это открывает широкие перспективы для SPEARS не только в космосе, но и на Земле. Технология планируется к адаптации для использования в электромобилях, дронах и портативных устройствах, где надежность в сложных условиях является ключевым фактором.