Η NASA αναπτύσσει έναν νέο τύπο μπαταρίας που προορίζεται να αντέχει στις ακραίες θερμοκρασίες της Σελήνης, εκεί όπου μια συνηθισμένη μπαταρία θα μπορούσε να παγώσει, να υποστεί βλάβη ή να γίνει επικίνδυνη.

Το πρόγραμμα ονομάζεται Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space, ή SPEARS, και συνδέεται με την προσπάθεια της αμερικανικής διαστημικής υπηρεσίας να στηρίξει μια ανθρώπινη παρουσία μεγαλύτερης διάρκειας στη Σελήνη μέσω του προγράμματος Artemis. Η ανάγκη είναι απλή στη διατύπωση αλλά δύσκολη στην πράξη: εργαλεία, ρόβερ, επιστημονικά όργανα και συστήματα έκτακτης ανάγκης πρέπει να έχουν αξιόπιστη ενέργεια σε ένα περιβάλλον όπου το «κρύο» δεν μοιάζει με καμία γήινη χειμωνιάτικη μέρα.

Στον νότιο πόλο της Σελήνης, περιοχή που ενδιαφέρει ιδιαίτερα τις μελλοντικές αποστολές, οι νυχτερινές θερμοκρασίες μπορούν να πέσουν περίπου στους -200 βαθμούς Κελσίου. Σε άλλες συνθήκες, η επιφάνεια μπορεί να φτάσει γύρω στους 100 βαθμούς Κελσίου. Για μια μπαταρία, αυτό είναι σαν να της ζητά κανείς να δουλέψει άλλοτε μέσα σε καταψύκτη βγαλμένο από το βαθύ διάστημα και άλλοτε πάνω σε καυτό μέταλλο.

Το βασικό πρόβλημα των συνηθισμένων μπαταριών ιόντων λιθίου, όπως εκείνων που βρίσκονται σε κινητά και φορητούς υπολογιστές, είναι ο υγρός ηλεκτρολύτης τους. Ο ηλεκτρολύτης είναι το υλικό μέσα από το οποίο κινούνται φορτισμένα σωματίδια ώστε να παραχθεί ηλεκτρικό ρεύμα. Σε ακραίο ψύχος μπορεί να παγώσει, σε πολύ υψηλή θερμοκρασία η απόδοση καταρρέει, ενώ στο κενό του διαστήματος ένα υγρό υλικό μπορεί να εξατμιστεί ή να δημιουργήσει πρόσθετους κινδύνους.

Η προσέγγιση του SPEARS είναι να αντικαταστήσει αυτόν τον υγρό ηλεκτρολύτη με στερεό υλικό, κεραμικής ή πολυμερικής βάσης. Οι λεγόμενες μπαταρίες στερεάς κατάστασης δεν είναι μαγικό ραβδί· δεν σημαίνει ότι λειτουργούν σε οποιαδήποτε θερμοκρασία. Όμως μπορούν να επιβιώσουν καλύτερα από ακραίες εναλλαγές, επειδή δεν έχουν υγρό εσωτερικό που παγώνει όπως σε μια συμβατική κυψέλη.

Σύμφωνα με τη NASA, μικρές πρωτότυπες κυψέλες, περίπου στο μέγεθος μπαταρίας-κουμπιού, δοκιμάστηκαν σε συνθήκες θερμικού κενού στο NASA Langley Research Center στη Βιρτζίνια. Το θερμικό κενό είναι εργαστηριακό περιβάλλον που μιμείται δύο από τις πιο δύσκολες πλευρές του διαστήματος: την απουσία ατμόσφαιρας και τις μεγάλες θερμοκρασιακές μεταβολές. Οι κυψέλες λειτούργησαν καλά από τους -60 έως τους 80 βαθμούς Κελσίου, ενώ συνέχισαν να λειτουργούν με μειωμένη απόδοση μέχρι τους -80 βαθμούς Κελσίου.

Ο Yi Lin, επικεφαλής δοκιμών και έρευνας του SPEARS στο NASA Langley, ανέφερε ότι η ομάδα έδειξε για πρώτη φορά πως αυτές οι κυψέλες μπορούν να δουλέψουν μέχρι τους -80 βαθμούς Κελσίου. Δήλωσε επίσης ότι υπάρχει αισιοδοξία για βελτίωση της απόδοσης και πιθανή επέκταση του εύρους λειτουργίας τα επόμενα χρόνια.

Ίσως πιο σημαντικό για τη Σελήνη είναι ότι οι μπαταρίες δεν χρειάζεται απαραίτητα να λειτουργούν την ώρα που βρίσκονται στο βαθύτερο ψύχος. Η NASA αναφέρει πως οι κυψέλες SPEARS άντεξαν έκθεση σε θερμοκρασίες μεταξύ 100 και -170 βαθμών Κελσίου χωρίς ζημιά. Με μικρούς θερμαντήρες θα μπορούσαν να επανέλθουν σε θερμοκρασία λειτουργίας όταν χρειάζεται, αντί να διατηρούνται διαρκώς ζεστές. Αυτό, αν αποδειχθεί σε μεγαλύτερη κλίμακα, μπορεί να μειώσει το βάρος και την πολυπλοκότητα των συστημάτων θερμικής προστασίας σε σεληνιακό εξοπλισμό.

Οι πιθανές εφαρμογές ξεκινούν από μικρά εργαλεία, όπως τρυπάνια για εξερεύνηση σε σκοτεινούς σεληνιακούς κρατήρες, και φτάνουν σε ρόβερ, πακέτα εφεδρικής ισχύος για αστροναύτες και επιστημονικά όργανα που πρέπει να μείνουν ενεργά για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Η Ji Su, επιστήμονας πολυμερών στο NASA Langley και επικεφαλής επιμέρους εργασιών του προγράμματος, σημείωσε ότι η ίδια τεχνολογία θα μπορούσε αργότερα να βρει εφαρμογές και στη Γη, από αυτοκίνητα και κινητά μέχρι drones και συσκευές επικοινωνίας.

Το SPEARS ξεκίνησε το 2026 και βρίσκεται στα πρώτα στάδια τεχνολογικής ανάπτυξης. Το NASA Ames Research Center στην Καλιφόρνια εργάζεται πάνω σε εξοπλισμό πτήσης, όπως δοκιμαστικές πλακέτες και ηλεκτρονικά, ώστε οι μπαταρίες να προετοιμαστούν για μελλοντικές δοκιμές σε διαστημικό περιβάλλον. Για την ώρα, η είδηση δεν είναι ότι η Σελήνη απέκτησε την τέλεια μπαταρία της· είναι ότι ένα από τα πιο πεζά αντικείμενα της καθημερινότητας μετατρέπεται σε κρίσιμο κομμάτι της επιστροφής του ανθρώπου σε έναν κόσμο όπου η νύχτα μπορεί να ραγίσει σχεδόν τα πάντα.