Исследование, проведенное специалистами из Технологического университета Лулео (Швеция), Университета Халифы (ОАЭ) и Кембриджского университета (Великобритания), подчеркивает, что использование TENG может значительно уменьшить зависимость космических аппаратов от тяжелых и объемных батарей.
Ученые провели всесторонний анализ концепции самодостаточных энергетических и сенсорных систем для космических аппаратов нового поколения. По их данным, TENG могут эффективно аккумулировать и трансформировать различные виды механической энергии, от вибраций при запуске ракеты до движений космонавтов и ветров на поверхности других планет, в полезное электричество.
Энергетические "пластыри", созданные с использованием технологий печати, складные и чрезвычайно компактные, могут быть интегрированы в кубсаты или встроены непосредственно в перчатки скафандров, позволяя получать энергию практически от каждого движения.
Исследование акцентирует внимание на том, что TENG - это легкое и устойчивое к радиации решение, способное эффективно функционировать в условиях, где традиционная электроника не справляется. Изготовленные из космических материалов, таких как тефлон и графен, эти устройства устойчивы к марсианскому давлению и высоким дозам радиации (до 10 килогрей).
Более того, интенсивное ультрафиолетовое (УФ) излучение в космическом пространстве не только не ухудшает, но и может усиливать их производительность. Мощное УФ-облучение способно увеличить плотность электрического заряда в 157 раз, преобразуя один из основных факторов риска в дополнительный источник энергии.
Благодаря тому, что TENG являются одновременно источниками энергии и датчиками окружающей среды, их применение позволяет сократить массу кабельных систем примерно на 30%, что критически важно для длительных космических миссий.
В ходе испытаний "космические многослойные конструкции" продемонстрировали устойчивость к дозе радиации 10 килогрей, практически не теряя своих характеристик. Они были изготовлены из фторированных полимеров, графена и самовосстанавливающихся эластомеров. Устройства сохраняли стабильность при температурах выше 260°C и теряли менее 5% эффективности даже после интенсивного радиационного воздействия.
Такие генераторы отличаются компактностью и универсальностью. Пластина размером с почтовую марку способна генерировать напряжение до 98 вольт при незначительных движениях. В реальных миссиях TENG уже продемонстрировали впечатляющую адаптивность.
В одном из экспериментов сенсоры парашютной системы, питаемые TENG, успешно выдержали 100 ударов марсианской пыли в специальной испытательной камере. В пилотируемых миссиях версии на основе аэрогеля, интегрированные в скафандры, генерировали до 135 вольт от шагов космонавта в широком диапазоне температур и передавали биометрические данные на базу беспроводным способом.
За пределами земной орбиты TENG уже прошли испытания в Арктике: буи с этими генераторами успешно использовали энергию волн для питания аварийных маяков.
Несмотря на значительный потенциал, для полноценного развертывания в дальнем космосе эта технология требует дальнейшего совершенствования, включая разработку радиационно-стойких композитных материалов и цифровых двойников с применением искусственного интеллекта.
По мнению авторов исследования, будущее космической энергетики, вероятно, связано с гибридными системами, сочетающими TENG с солнечными и термоэлектрическими генераторами для обеспечения бесперебойного питания обитаемых модулей лунной программы «Артемида» и будущих миссий.