НАСА и американские университеты разрабатывают способ 3D-печати аккумуляторов на Луне из подручных материалов

Группа исследователей из Техасского университета в Эль-Пасо (UTEP) и Государственного университета Янгстауна (YSU) объединилась с несколькими центрами НАСА, чтобы разработать способ 3D-печати батарей на Луне с использованием местных материалов. Проект оценивается в $2,5 млн.

Когда астронавты программы Artemis и будущие исследователи достигнут Луны и Марса, им понадобится значительное количество энергии. Для её добычи люди будут использовать солнечные батареи, которые будут обеспечивать электричеством жилища, эксперименты, работу роверу и многое другое. Однако доставка аккумуляторов с Земли достаточно дорогостоящая, поэтому учёные ищут способы организовать местное производство панелей.

UTEP — основной участник проекта под руководства НАСА, поскольку университет имеет значительный опыт в области аддитивного производства, отметил профессор аэрокосмической техники и машиностроения и заместитель декана Инженерного колледжа UTEP Эрик Макдональд. Он добавил, что репутация учебного заведения в области 3D-печати, материаловедения и современного оборудования стала важным фактором, который убедил партнёров в НАСА продолжить потенциально революционное исследование для применения его результатов как в космосе, так и на Земле.

Это большой шаг к адаптации процесса 3D-печати для использования в космосе. Другая цель работы заключается в том, чтобы производить батареи практически любой требуемой формы. Эти панели затем можно встраивать в стены жилых помещений или внутри другого оборудования для экономии пространства.

В рамках проекта учёные рассматривают два метода 3D-печати в космосе. Первый способ предусматривает экструзию материала (material extrusion), при которой принтер производит изделия в окончательной форме. В ходе второго метода (vat photopolymerization или VPP) устройство использует чан с фотополимерной смолой для построения объекта слой за слоем. Этот способ позволит позволит астронавтам изготавливать батареи подходящей формы для космических кораблей, роботов, портативных блоков питания и крупномасштабных долгосрочных энергетических систем.

Однако производство аккумуляторов из лунного реголита накладывает некоторые ограничения на тип изделий. В настоящий момент основные энергосистемы МКС используют литий-ионные накопители энергии, доставленные с Земли, но на Луне и Марсе чрезвычайно мало лития, доступного для добычи. Поэтому НАСА и команды университетов изучают технологию ионов натрия, которые в достаточном количестве присутствуют на Луне и Марсе. Исследователи будут изучать химию натрий-ионных аккумуляторов и возможные решения для печати, а затем приступят к испытаниям.

НАСА, UTEP и YSU также планируют работать над извлечением материалов для батарей и прекурсоров для натрий-ионных батарей из лунного и марсианского реголита. Группа учёных уже разработала и использовала 3D-печать VPP, чтобы создать сырьё из композитной смолы для каждой части предлагаемых блоков накопления энергии. Это включает в себя электроды, электролиты и токосъёмники.

Команды из центров НАСА разработали композитные чернила ME 3D для различных компонентов батарей. Исследовательский центр Гленна НАСА проведёт электрохимические испытания готовых компонентов натрий-ионной батареи, напечатанной на 3D-принтере.