A különleges akkumulátor, amellyel akár százhúsz napot kibír a Vénusz pokoli felszínén egy lander

Egy nap a Vénuszon körülbelül 120 Földi napnak felel meg – a körülmények pedig meglehetősen áldatlanok: az ólomforrasztások megolvadnak, az elektrolitok az akkumulátorcellákban felforrnak, a nyomásviszonyok pedig olyanok, mintha egy kilométerrel lennénk a víz alatt. A NASA új akksija azonban mindezt kibírja egy vénuszi napig, és ezzel lehetővé teheti a pokolbolygó eddigi legalaposabb tanulmányozását.

A Vénusz volt az első bolygó, amely mellett az űrszondáink elrepültek, és több küldetés is keringett körülötte, sőt rövid életű leszállóegységek, landerek is talajt értek rajta. Azonban még mindig sok a tisztázatlan kérdés ezzel az égitesttel kapcsolatban, és a válaszok megtalálásában nem segít, hogy a Vénuszon brutális körülmények uralkodnak. Nem véletlen ugyanis, hogy a Vénuszt gyakran a Föld gonosz ikertestvérének nevezik, mert bár körülbelül akkora, mint a Föld, és hasonló anyagokból is épül fel, de ezen planéta felszíni körülményei szélsőségesek. A Vénuszon a hőmérséklet megközelítőleg eléri a 465 Celsius-fokot, ami megolvaszthatja az ólmot az elektromos áramkörökben, és megsütheti a hagyományos akkumulátorokat. A Vénusz felszínén a nyomás elérheti a 92-szeresét annak, amit a Földön tapasztalunk (ez egyenértékű azzal, amit csaknem egy kilométerre a víz alatt éreznénk). Ha mindez nem lenne elég, a Vénusz atmoszférája is rendkívül reakcióképes, és ez gyorsan tönkretehet számos olyan anyagot (például réz), amelyeket az űrtechnológiában hagyományosan alkalmazunk.

A NASA azonban most valami olyat tervez, amire még nem volt példa – egy hosszú életű landert küldene a Vénuszra, amely rendkívül sokáig bírná a fent említett körülményeket, és ezen idő alatt számtalan értékes információt gyűjtene be. A misszió kulcsa pedig a lander energiaforrása – egy olyan akkumulátor, amely nem csak hosszú időn át képes energiát szolgáltatni, de kibírja a Vénusz poklát is. Ilyen akkumulátor jelenleg azonban nem létezik, épp ezért fogott össze a NASA az Advanced Thermal Batteries (ATB) nevű céggel, hogy közösen kifejlesszenek egyet – számol be róla a sajtóközlemény.

A Vénusz felderítése céljából a NASA Glenn Research Center csapata más NASA központok és intézmények támogatásával egy kis leszállóegységet – a Long-Lived In situ Solar System Explorer-t (LLISSE) – fejleszt. A cél az, hogy a LISSE a Vénusz felszínén 60 napig vagy hosszabb ideig végezhessen műveleteket, miközben tudományos adatokat gyűjt és továbbítja azokat a Vénusz körül keringő orbiternek. Az LLISSE egy körülbelül 10 kg-os leszállóegység, amely kis érzékelőket tartalmaz a szél, a sugárzás, a hőmérséklet, a nyomás és a legfontosabb légköri kémiai összetevők mennyiségének a mérésére. A LLISSE tehát egy komplett rendszer elektronikával, kommunikációval és műszerekkel – mindezek működtetéséhez pedig egy tehát egy megfelelő akkumulátorra lesz szükség.

Itt jön tehát a képbe a LLISSE lelke, a jelenleg fejlesztés alatt álló akkumulátor, amely egy hosszú élettartamú, alacsony önkisülési arányú, olvadt só akkumulátor, és ami 60 napos folyamatos kisülési üzemelést képes fenntartani, hogy a Vénusz felszínén +25V és -25V közt ingadozó feszültséget biztosíthasson.

A hőakkumulátorok a tartalék akkumulátor technológia közül a legmagasabb teljesítménysűrűséggel rendelkeznek, és a Földön nem is igényelnek karbantartást. A Vénuszon pedig ezek az akkumulátorok felhasználhatják a környezeti légköri viszonyokat az elektrolit felmelegítésére, és működőképesek maradhatnak akár hőszigetelés nélkül is. Egy gond van csak: a hőakkumulátorok jelenlegi elektrokémiája nagyon nagy arányú önkisüléssel jár (olyan belső kémiai reakciók, amelyek jócskán csökkentik az akkumulátor élettartamát), így a hőakkumulátor jellemzően csak órákig működne a Vénuszon. Emiatt aztán az akkumulátor kémiájának és architektúrájának a jelentős módosítására volt szükség ahhoz, hogy hosszú élettartamú akkumulátort fejlesszünk ki a Vénusz felszínére.

Az ATB akkumulátorfejlesztése eddig a lítiumötvözet anódokra, a fém-szulfid katódokra és az alkálifém-halogenid olvadt só elektrolitokra összpontosított, és a csapat sikeresen csökkentette az akkumulátor belső reakcióit, amelyek szabályozzák az önkisülést, és limitálják tehát az akkumulátor élettartamát és kapacitását. Az eredmény pedig egy olyan akkumulátor, mely megfelel a megcélzott feszültségtartománynak, és ráadásul 118 napig működik, vagyis a szükséges élettartam kétszeresével rendelkezik.

Most, hogy az akkumulátor alapvető felépítését kidolgozták és sikeresen bemutatták, a következő lépés az akkumulátor robusztus kialakításának az optimalizálása, hogy bírja az ütéseket és a vibrációs terheléseket is. A tervek szerint pedig a következő 18 hónapban bemutatják a Vénusz-akkumulátorrendszer immár teljes prototípusát. Ezzel pedig nem csak a LLISSE léphet a megvalósulás útjára, de az űrkutatás gyarapodik egy olyan akkumulátorral, amely beválhat egyéb, nem éppen optimális körülményekkel rendelkező égitestek felszínén is.

raketa.hu