Вдохновленные Солнцем. Самарчанки создают уникальные космические разработки

В числе таких проектов наших женщин-ученых - солнечный парусник и не имеющие аналогов кремниевые батареи.

Движение света

Доцент Самарского университета им. Королёва Галина Рогожина совместно с коллегами создает инновационные солнечные батареи для космических аппаратов на основе кремния. Они выгоднее зарубежных образцов в пять раз!

Результаты исследований использовались при создании экспериментальных панелей солнечных элементов для малого космического аппарата (МКА) «Аист-2Д», предназначенного для дистанционного зондирования Земли и научных экспериментов. Данные, получаемые со спутника шестой год, показывают устойчивую эффективность солнечных батарей.

 «Раньше пальма первенства по разработкам высокоэффективных солнечных батарей была у Германии. Отмечу, что основным материалом таких панелей служат структуры на основе арсенида галия, стоимость которого весьма велика, что увеличивает срок окупаемости батарей до 20 лет. Сейчас Китай активно занимает нишу дешевых солнечных преобразователей на основе монокристаллического кремния с небольшим КПД (порядка 15-17%), для использования в космосе такие структуры не подходят. Наши разработки позволяют получить эффективный фотоэлектрический преобразователь на основе пористого кремния, в котором рабочий слой содержит нанокристаллические структуры, что позволяет расширить спектр фоточувствительности элемента в коротковолновую область. Чтобы сделать процесс создания пористого кремния хорошо воспроизводимым, а также снизить коэффициент отражения, используется поверхность с выраженным микрорельефом, то есть с правильными четырехгранными пирамидами.  Себестоимость таких батарей в несколько раз ниже, чем у зарубежных аналогов, так как кремний является широко доступным материалом и методы получения пористого слоя низкозатратны», - перечисляет достоинства технологии создания солнечных панелей Галина Рогожина.

Новыми солнечными кремниевыми батареями смогут оснащаться не только спутники, но и беспилотные летательные аппараты, электромобили, зарядные устройства мобильных телефонов, смартфонов, компьютеров, а также любая электроника.

До Юпитера - за год

Заведующая кафедрой динамики полета и систем управления Самарского университета им. Королёва Ольга Старинова занимается парусными проектами с 1992 года.

Четыре года назад  у нее появилась идея создать уникальный солнечный парусник. Теперь это совместный проект Самарского Университета и Городского университета города Нью-Йорк.

Солнечный парусник, его надувная конструкция в форме бублика и использование дополнительной реактивной силы за счет испаряющегося вещества с центральной поверхности - это принципиальное отличие этого проекта.

Средняя часть аппарата закрыта тонкой мембраной - парусом, который в нужный момент раскроется благодаря инертному газу надувающему сам бублик. Поверхность мембраны будет покрыта специальным веществом, которое начнет испаряться, когда парусник приблизится к Солнцу. Это придаст конструкции ускорение по принципу реактивного двигателя.

Пока готова 3D модель парусника, которая в настоящий момент рассчитывается на прочность, обоснована нужная траектория движения. В 2022 году ученые планируют начать испытания реального парусника. Масса всего комплекса вместе с научной аппаратурой составит около 12 кг. Это чуть больше веса наноспутника.

Расчеты показывают, что самарский парусник может всего за 20-30 лет достигнуть границы Солнечной системы. Это в десятки раз быстрее, чем у западных разработчиков.

 «Первый полет будет внутри Солнечной системы. Парусник перемещается достаточно быстро, например, до Юпитера вместо 5-6 лет он может долететь примерно за год», - отмечает Ольга Старинова.

Солнечные паруса можно использовать не только для научных исследований в дальнем космосе, но и на околоземных орбитах. Например, для освещения городов или плавучих платформ в Полярных широтах. Как заверяют авторы проекта, яркость парусника может достигать трех-четырех лун. Так же как и земной спутник он будет светить отраженным светом. Есть задумка использовать такие парусники для защиты планеты от глобального потепления. Чтобы словно зонтиком прикрывать участки сферы от агрессивного солнечного излучения.