В космосе нет розеток. Заправок тоже нет. Для космических исследователей, парящих в холодных безвоздушных регионах за пределами нашей атмосферы, мощность (или ее отсутствие) является вопросом жизни и смерти. Однако благодаря нашему солнцу солнечная энергия легкодоступна.
Солнечные технологии генерируют большую часть энергии, используемой во время космических миссий, обеспечивая работу систем жизнеобеспечения и других жизненно важных систем космического корабля. Солнечная энергия настолько важна, что НАСА тратит много времени и денег на то, чтобы сделать солнечные панели более эффективными, легкими и доступными.
Вам не нужно далеко ходить, чтобы понять, насколько важна солнечная энергия для НАСА. Просто смотрите в небо. Один из самых амбициозных проектов человечества, Международная космическая станция (МКС) кажется карликом по размеру восьми 114-футовых (35-метровых) крыльев солнечной батареи. Каждое крыло содержит около 33 000 солнечных элементов, которые преобразуют около 14 процентов падающего на них солнечного света в полезную энергию. Это может звучать не очень эффективно, но даже после того, как система жизнеобеспечения и другие жизненно важные функции получат необходимую им мощность, энергии все равно хватит для питания десятков домов на Земле.
Но на МКС используются технологии, которым уже несколько десятков лет. Благодаря командам исследователей и разработчиков НАСА современные конструкции солнечной энергии значительно лучше, чем на борту МКС. На самом деле в НАСА есть целое подразделение под названием Advanced Energy: Photovoltaics, которое занимается решением проблем солнечной энергетики и связанных с этим задач. Этот филиал активно сотрудничает с частными компаниями и делится научными знаниями в надежде на ускорение технологических разработок.
Эта стратегия обмена знаниями работает. В 1989 году НАСА стало партнером Iowa Thin Film Technologies, Inc. (ныне PowerFilm, Inc.). PowerFilm разработала способ встраивания солнечных элементов толщиной с бумагу в гибкие листы, которые можно свернуть для хранения. Пленка также невероятно эффективна, преобразуя 90 процентов света, попадающего на ее поверхность, в энергию.
Другими словами, это не что иное, как устаревшие солнечные батареи 1970-х годов. Современные солнечные элементы и связанные с ними продукты постоянно совершенствуются. Продолжайте читать, чтобы узнать, как инвестиции НАСА улучшают солнечную энергию для космических миссий, а также для тех из нас, кто застрял на материнской планете.
А вот и солнце
Постоянное совершенствование солнечной энергетики необходимо для будущих космических путешествий. По мере того, как миссии уносятся все дальше и дальше в глубокий космос, солнечный свет угасает. Солнечная панель площадью 1 квадратный метр (3,2 фута), производящая около Земли около 400 Вт, должна быть в 2000 раз больше, чтобы генерировать такое же количество энергии в окрестностях Плутона.
К счастью, в разработке находятся и другие многообещающие продукты. Другой партнер НАСА, компания MSGI Technology Solutions, недавно представила солнечные элементы, в конструкцию которых входят крошечные углеродные столбики, называемые нанотрубками..
Нанотрубки помогают уменьшить отраженный свет, используя столбы для захвата фотонов, которые отражаются от традиционной плоской панели. Кроме того, нанотрубки увеличивают площадь поверхности панели, что дает продукту больше возможностей для захвата света и производства большего количества энергии.
Это еще не все. Производители солнечных панелей также сталкиваются с проблемами, связанными с пылью и грязью. Крошечный осадок пыли в 0,1 унции (2,8 грамма) пыли на квадратный ярд (0,9 метра) может снизить эффективность солнечной панели на целых 40 процентов. Вот почему сотрудники НАСА, работающие с учеными, не входящими в НАСА, разработали грязеотталкивающее покрытие для панелей, которое было впервые разработано для использования в космической среде.
Так называемые самоочищающиеся панели имеют тонкий, прозрачный и электропроводящий слой. Когда встроенные датчики обнаруживают скопившуюся пыль, через покрытие проходит каскадный электрический заряд, фактически отталкивая грязь электромагнитными волнами.
Эта технология очистки важна по двум причинам. Во-первых, он не основан на механических движущихся частях, которые могут выйти из строя. Во-вторых, для этого не требуется мытье рук, кропотливая работа, на которую ушло бы слишком много времени и чистой воды, особенно если бы панели были установлены в очень отдаленном и пыльном месте, скажем, на поверхности Марса.
Все эти достижения в области солнечной энергетики актуальны и здесь, на Земле. Множество потребительских товаров, от игрушек и снаряжения для кемпинга до радиоприемников, теперь используют модернизированные солнечные батареи. Достижения в области солнечной энергетики применимы и в более широком масштабе и могут даже помочь нам запитать совершенно новый тип электростанции.
Как видите, без участия НАСА технология солнечной энергии, вероятно, все еще была бы молодой наукой. Но благодаря предприимчивым ученым НАСА и частным предпринимателям продукты на солнечной энергии будут продолжать совершенствоваться как в космосе, так и на Земле.