Международная группа исследователей представила революционную концепцию энергоснабжения для дальнего космоса.
Они предлагают использовать трибоэлектрические наногенераторы — устройства, превращающие вибрации, трение и даже движения космонавтов в электричество.
Исследователи из Технологического университета Лулео (Швеция), Университета Халифа (ОАЭ) и Кембриджского университета (Великобритания) провели всесторонний обзор технологии трибоэлектрических наногенераторов (TENGs). Они описывают их как легкие, автономные энергетические и сенсорные решения для космических систем нового поколения. Результаты опубликованы в научном журнале Nano-Micro Letters.
Такие генераторы способны преобразовывать окружающую механическую энергию, такую как вибрации при запуске, планетарные ветры или даже движения космонавтов, в полезное электричество. Ключевое преимущество технологии — ее адаптивность к суровым космическим условиям. Обычные солнечные панели довольно тяжелые, им нужен свет и определенные температурные условия, а ядерные источники еще более громоздкие. В отличие от них, трибоэлектрические наногенераторы могут выдерживать экстремальные перепады температур, высокие дозы радиации (10 кГр) и низкое давление, поскольку изготовлены из специальных материалов, таких как графен и политетрафторэтилен (тефлон).
В ходе испытаний «космические» версии устройств сохраняли стабильность при температуре выше 260°C и показали менее 5% потери производительности после облучения дозой в 10 кГр.
Удивительно, но враждебная среда глубокого космоса может даже усиливать работу таких генераторов. Исследования показали, что интенсивное ультрафиолетовое излучение способно увеличивать плотность заряда устройства в 157 раз, превращая угрозу в источник дополнительной энергии. Поскольку TENGs одновременно питаются от сети и улавливают характеристики окружающей среды, технология позволяет сократить вес энергосистем на 30% — это существенная экономия для полетов в дальний космос.
Еще одна особенность такой технологии — в ее универсальности и компактности. Печатная «энергетическая заплатка» размером с крупную почтовую марку способна генерировать до 98 Вольт от небольшого движения. В перспективе их можно помещать внутрь спутников-кубсатов или встраивать в скафандры — например, аэрогелевые версии, вплетенные в ткань, смогут генерировать до 135 Вольт от шага космонавта в широком диапазоне температур и одновременно передавать биометрические данные по беспроводной сети обратно на базу.
Сфера применения выходит далеко за рамки простого энергоснабжения. Исследователи разработали на основе технологии напечатанные на 3D-принтере «противоударные капсулы» и «трибо-оболочки» для роботов, вдохновленные подушечками лап кошек. Они позволяют автономным роботам «на ощупь» передвигаться по космической станции, выявляя микростолкновения с обломками массой всего 0,2 г.
Практические испытания уже подтвердили потенциал технологии. В одном из экспериментов датчики на парашюте, питаемые TENG, выдержали 100 имитаций ударов марсианской пыли. В Арктике буи с такими генераторами успешно собирали энергию океанских волн для аварийных маяков.
Несмотря на высокие перспективы, для полноценного использования в дальнем космосе требуются дальнейшие разработки — в частности, создание более устойчивых к радиации композитов и использование цифровых двойников с ИИ для оптимизации, подчеркивают авторы работы.
Ранее компания Джеффа Безоса Blue Origin представила «пылесос», который превращает лунную пыль в электричество. Идею такой батареи разработал для компании стартап Istari Digital с помощью искусственного интеллекта. Технология может помочь космическим аппаратам выживать во время суровых двухнедельных ночей на естественном спутнике Земле.
На обложке астронавт Европейского космического агентства Лука Пармитано во время ВКД. Трибоэлектрические наногенераторы предлагают закреплять на скафандрах астронавтов.
