8 Электроника

Электроника для аэрокосмической техники помимо обычных требований надежности и малых массогабаритных характеристик должна удовлетворять еще одному специфическому требованию — быть стойкой к радиационному воздействию (интенсивность которого определяется главным образом потоком протонов, испускаемых Солнцем). Очень перспективными структурами для радиационностойких полевых транзисторов, микропроцессорных интегральных схем, энергонезависимой памяти и других опять таки оказываются углеродные нанотрубки (таблица 3).

Таблица 3 - Разрабатываемые средства электроники и оценки перспектив их использования в аэрокосмической индустрии

Средства электроники	Наиболее существенные характеристики	Степень интереса	Длительность разработки
Углеродные нанотрубки для полевых транзисторов	Стойкость к радиационным повреждениям	Очень высокая	Средняя
Память на основе углеродных нанотрубок	Стойкость к радиационным повреждениям, увеличенные объем и плотность памяти	Высокая	Средняя
Магнитная память на спинах (спинтроника)	Стойкость к радиационным повреждениям,	Высокая	Средняя

9 Энергоснабжение

Системы энергоснабжения космического назначения должны выполнять четыре функции: генерировать, запасать, распределять и преобразовывать энергию, а также контролировать и управлять всеми процессами в системе. НТ могут предложить много полезных инноваций, улучшающих характеристики всех компонент и устройств систем энергообеспечения.

Топливо. Обычное топливо для ракет, служащих для запусков в космос, — перхлорат аммония (NH₄ClO₄). Добавление небольшого количества порошкового алюминия микрометровой дисперсности улучшает его характеристики. Еще больший эффект дают нанопорошки алюминия (с размером частиц 60. . . 120 нм) в смеси с триоксидом молибдена (MoO₃) или триоксидом висмута (Bi₂O₃); промышленный выпуск этих порошков уже налажен.

Солнечные батареи. Сейчас солнечные батареи, использующие фотовольтаический эффект прямого преобразования света в электрическую энергию, рассматриваются как очень перспективные источники энергии и в космосе, и на Земле. Принципы их работы известны хорошо, но существуют проблемы снижения стоимости, повышения стойкости к коррозии, перегревам, радиации, уменьшения чувствительности к загрязнению поверхности и т. д. Эффективность преобразования энергии может быть повышена путем введения квантовых точек в матрицу фотовольтаической ячейки, которое позволяет увеличить ее КПД примерно в два раза, а стоимость понижается за счет применения более дешевых материалов, чем бинарные полупроводники AIIIBV или монокристаллический кремний, — например, полимерных материалов. При этом приходится искать компромисс между дешевыми, но низкоэффективными материалами, и высокоэффективными дорогими. Другая проблема солнечных батарей — необходимость накапливать и хранить энергию для поддержания работоспособности сети в темное время суток. НТ предлагают интегрировать фотовольтаические ячейки с нанопленочными или нанопористыми суперконденсаторами, позволяющими аккумулировать энергию с высокой плотностью упаковки.

Топливные ячейки. Топливные ячейки — это устройства для прямого преобразования химической энергии в электрическую. Компактность, высокая эффективность и экологичность делают их весьма привлекательными для использования в космонавтике. Роль топлива в них может выполнять водород, метанол и другие вещества. Для применения в топливных ячейках хорошими материалами являются углеродные и бор-карбид-нитридные (BCN) нанотрубки.

Гальванические элементы и аккумуляторы. Энергетические системы космических аппаратов содержат определенное количество аккумуляторов для автономного подпитывания приборов. Обычно это литий-ионные или никелевые металлгидридные элементы, похожие на те, что используются в бытовой технике. В анодах и катодах этих аккумуляторов планируется применять фуллерены, нанотрубки, нанодисперсные порошки оксидов железа, титана, лития, кобальта, марганца и др., что по результатам лабораторных экспериментов позволяет увеличить емкость аккумуляторов до 6 раз. Тонкопленочные литий-ионные аккумуляторы, выполненные по планарной технологии на одном чипе с электроникой, могут предоставить дополнительные преимущества в плане миниатюризации аппаратуры.

Таким образом, НТ имеют значительный потенциал для улучшения характеристик энергосистем космических аппаратов (таблица 4). Особую важность эти вопросы приобретают в связи с планируемыми долговременными экспедициями и требованиями к повышению автономности околоземных аппаратов.

Таблица 4 – Оценки перспектив использования НТ в энергосистемах

Нанотехнологические разработки	Характеристики (достигаемый эффект)	Степень интереса	Длительность разработки
Наночастицы в ракетном топливе	Повышение эффективности топлива, уменьшение занимаемого им объема	Высокая	Малая
Квантовые точки в солнечных бата- реях	Увеличение КПД преобразования солнечной энергии в электрическую	Очень высокая	Средняя
Наночастицы в электролитах топливных ячеек	Увеличение КПД преобразования химической энергии в электрическую	Высокая	Малая
Нанотрубки (особенно углеродные) для хранения водорода	Увеличение радиационной стойкости и удельной емкости по водороду	Очень высокая	Средняя