Как аккумуляторы помогли в покорении космоса?

Когда речь заходит о покорении космоса, в воображении всплывают ракеты, спутники и мощные наземные антенны. Но за всем этим величием стоит тихий, незаметный герой — аккумулятор. Именно он обеспечивает питание тогда, когда солнечные панели не работают, когда аппарат находится в тени планеты или в момент старта, когда каждая система должна быть автономной и надёжной. С первых дней космической эры аккумуляторы стали неотъемлемой частью любого полёта, от простейших спутников до пилотируемых миссий на Луну и орбитальных станций.

Как менялись источники питания космических аппаратов

Первый спутник в истории — советский «Спутник-1», запущенный в 1957 году — работал всего 21 день, и всё это время его бортовая система электропитания держалась исключительно на серебряно-цинковых аккумуляторах. Это были тогда самые энергоёмкие и надёжные батареи, способные функционировать в условиях вакуума и резких перепадов температур. В условиях, где невозможна подзарядка, а отказ означает конец миссии, вопрос стабильности и надёжности батарей становился критически важным. Каждое телеметрическое «пикание», принятое с орбиты, — это работа аккумулятора, обеспечивающего ток радиопередатчику, термодатчикам и управляющей электронике.

С развитием программ пилотируемых полётов роль аккумуляторов только возрастала. Во «Востоке», на котором летал Юрий Гагарин, использовались герметичные щелочные аккумуляторы, специально доработанные под условия космоса. Они питали жизненно важные системы — от связи до систем жизнеобеспечения. Без них невозможна была бы даже кратковременная автономная орбитальная миссия. Особенно остро вопрос автономного питания стоял в американской программе «Аполлон». На борту лунного модуля использовались серебряно-цинковые аккумуляторы высокой плотности, которые обеспечивали питание во время отделения от командного модуля и посадки на Луну. Без их надёжной работы астронавты не могли бы ни совершить посадку, ни вернуться обратно. Их надёжность оценивалась не на проценты, а на десятки тестов в самых суровых условиях.

На орбитальной станции аккумуляторы поддерживают питание во время прохождения тени Земли, когда солнечные батареи не вырабатывают энергию. В феврале 2021 года NASA сообщило о завершении замены 48 никель-водородных батарей основной системы электропитания МКС на 24 литий-ионные. Это пример развития конкретной системы, а не основание приписывать одинаковую конструкцию всем космическим аппаратам.

Требования космической техники

Состав системы питания зависит от миссии. Аккумуляторы могут работать вместе с солнечными панелями или другим первичным источником и обеспечивать пиковую нагрузку. Температура внешней среды не равна температуре самой батареи: условия для её работы поддерживаются конструкцией и системой терморегулирования аппарата.

Аккумуляторы сыграли важную роль и в космических нештатных ситуациях. Во время инцидента на «Аполлоне-13» аккумуляторы стали единственным источником энергии, позволившим поддерживать жизнедеятельность экипажа и выполнить критически важные манёвры возврата. Это был один из самых драматичных эпизодов в истории космоса, где от батарей зависела не просто миссия, а жизнь людей.

Общий путь развития накопителей описывает история эволюции аккумуляторов.

Одно из направлений исследований — твердотельные аккумуляторы.

Аккумуляторы решают важные задачи космической техники: накапливают энергию и поддерживают питание в периоды, когда основной источник не покрывает нагрузку. Их характеристики выбирают под профиль миссии, допустимую массу, температурные условия и требования к надёжности. Универсальной батареи для всех аппаратов не существует.