NASA kietojo elektrolito elementai veikė prie –80 °C, bet Mėnuliui to maža

2026 m. spalio 14 d. NASA pranešime paskelbta, kad Langley tyrimų centre Hamptone, Virdžinijoje, maži SPEARS kietojo elektrolito elementų prototipai šiluminiame vakuume veikė prie –80 °C sumažėjusiu našumu; bandymų vadovas Yi Lin sakė: „We proved for the first time that these cells can work down to minus 80 degrees Celsius.“ Bandymas parodė, kad elementai tokiame šaltyje gali tiekti energiją, tačiau tai dar nėra Mėnulio paviršiuje veikiančio akumuliatoriaus demonstracija.

Prototipai skirti būsimai įrangai prie Mėnulio pietų ašigalio, kur nakties šaltis peržengia jų parodytą veikimo ribą. Bandymuose taip pat tikrinta, ar elementai lieka nepažeisti po dar stipresnio šalčio poveikio. Todėl numatomas jų naudojimas turi papildomą sąlygą: po atšalimo nedidelis šildytuvas turėtų pakelti elemento temperatūrą iki ribos, kurioje jis vėl galėtų tiekti energiją.

Ką parodė SPEARS šiluminio vakuumo bandymas

Bandytieji elementai buvo maži, monetos formos prototipai. Šiluminio vakuumo kamera leido juos veikti ir šalčiu, ir aplinka be oro – sąlygomis, svarbiomis Mėnulio įrangai. Tokio bandymo rezultatas apibūdina atskirą elementą konkrečiomis laboratorinėmis sąlygomis. Būsimam kaupikliui dar reikės tarpusavyje sujungtų elementų, korpuso, valdymo elektronikos ir šilumos valdymo, todėl vieno elemento veikimo riba savaime netampa visos sistemos riba.

Našumo sumažėjimas šalčiausiame veikimo taške taip pat svarbus. Elementas gali išlaikyti elektros grandinę ir tiekti energiją, bet iš to dar negalima spręsti, kokią apkrovą jis pakeltų roveriui pajudant ar įjungiant prietaisą. Paskelbtuose rezultatuose nenurodyta, kiek energijos prototipas atiduoda tokiomis sąlygomis arba kaip greitai gali ją tiekti. Šie rodikliai lemtų, kokiai įrangai konkretus elementas būtų tinkamas.

SPEARS kryptis susijusi su elektrolitu – medžiaga, kuria jonai juda tarp elektrodų. Įprastuose ličio jonų elementuose jis skystas, o šio projekto prototipuose naudojama kieta keraminė arba polimerinė medžiaga. Skystam elektrolitui stiprus šaltis kelia užšalimo pavojų; kietasis gali geriau ištverti atšalimą. Vis dėlto vien medžiagos pakeitimas neišsprendžia visų veikimo šaltyje klausimų: jonų judėjimas ir jų perėjimas per medžiagų sąlyčio vietas tebėra svarbūs elemento našumui.

Kodėl išgyvenimas šaltyje nėra veikimas

„Battery Design“ techninė analizė atskiria bandymo ribas: prototipai gerai veikė nuo –60 °C iki 80 °C, prie –80 °C veikė prasčiau, po poveikio nuo –170 °C iki 100 °C liko nepažeisti, o Mėnulio pietų ašigalio naktį aplinka gali atšalti maždaug iki –200 °C. Šie du bandymo rezultatai nusako skirtingus dalykus. Veikimo bandyme elementas tiekia energiją būdamas šaltas; poveikio bandyme vertinama, ar stiprus atšalimas jo nesugadino.

Išlikęs nepažeistas elementas gali būti pašildytas ir vėl naudojamas, tačiau labai žemoje temperatūroje jis energijos netiekia. Numatyta idėja – leisti kaupikliui atšalti, kai įranga neveikia, ir šildyti jį prieš kitą įjungimą. Taip būtų galima sutaupyti energijos, kuri kitu atveju būtų nuolat naudojama šiltam kaupikliui palaikyti. Kiek sutaupoma, priklausytų nuo konkrečios įrangos darbo ir poilsio trukmės, jos izoliacijos bei šildytuvo poreikio.

Šildytuvas pats turi gauti energijos dar prieš elementui pasiekiant darbinę temperatūrą. Dėl to šaltasis paleidimas tampa visos maitinimo sistemos užduotimi: reikia iš anksto numatyti, kas įjungs šildymą, iš kur tuo metu ateis elektra ir kada bus galima prijungti pagrindinę apkrovą. Jeigu energijos šaltinis prieinamas tik prasidėjus apšviestam laikotarpiui, nuo jo priklausytų ir pabudimo momentas. Jeigu įranga turi pabusti tamsoje, jai reikėtų kito tam pasirengusio energijos šaltinio.

Tarp bandymuose ištverto šalčio ir nurodytų pietų ašigalio nakties sąlygų dar lieka temperatūros skirtumas. Be to, vienas sėkmingas poveikio bandymas neatskleidžia, kaip keistųsi talpa po daugelio atšalimo ir pašildymo ciklų. Vertinant būsimą kaupiklį svarbus ir jo įkrovimas: elementas, kuris atšalęs dar gali atiduoti energiją, nebūtinai tokiomis pat sąlygomis gali ją priimti. Šių savybių reikės sistemos, o ne vien medžiagos, bandymų.

Kokia vieta elementams numatoma Mėnulio energijos sistemoje

NASA Mėnulio paviršiaus technologijų apžvalgoje ilgalaikėms misijoms prie pietų ašigalio numatyti keli susiję darbai: vietinė elektros gamyba, jos valdymas ir paskirstymas bei energijos kaupimas dieną ir naktį. Ten pat aptariamos vertikalios saulės baterijų konstrukcijos ir regeneraciniai kuro elementai. SPEARS prototipas galėtų prisidėti prie kaupimo dalies, tačiau jam reikėtų veikti kartu su šaltiniu, kuris tiektų energiją įrangai ir prireikus pašildytų patį kaupiklį.

Skirtingi Mėnulio prietaisai tokiai sistemai keltų skirtingus reikalavimus. Trumpai naudojamam įrankiui gali būti svarbu greitai pabusti po ilgo neveikimo; roveriui reikėtų atiduoti energiją judant ir nešti kaupiklį kartu; ilgai dirbančiam moksliniam prietaisui svarbūs pakartotiniai darbo ciklai. Tie patys laboratoriniai elementai visiems šiems atvejams nebūtinai tiktų vienodai. Elementų medžiagų sudėtį ir sistemos dydį tektų derinti prie konkrečios apkrovos bei to, kada įranga gauna energijos įkrovimui.

SPEARS projektui vadovaujama NASA Glenn tyrimų centre, Langley centre atliekami medžiagų ir aplinkos bandymai, o Ames tyrimų centras rengia skrydžio bandymams skirtas plokštes bei elektroniką. Tai kitas konkretus technologijos etapas po mažų elementų bandymo kameroje. Kai elementai bus sujungti su skrydžiui rengiama aparatūra, bus galima vertinti ne tik jų atsparumą šalčiui, bet ir tai, kaip patikimai visa sistema įsijungia, kraunasi ir maitina įrangą po atšalimo.

Taip pat skaitykite:

• DI vertintojas sutinka su žmogumi, bet balas vis tiek gali skirtis penkiais
• „LinkedIn“ kūrėjų paieška turi penkis filtrus, bet Lietuvai dar uždaryta
• „Gemini“ agentas ateina į darbo programas, bet leidimus turės valdyti administratoriai