МФТИ: Сверхлегкая батарея

2024: Разработка сверхлегкой батарии

Специалисты Института электродвижения МФТИ разработали аккумуляторную батарею для пилотируемого транспортного корабля «Орёл». Проект реализуется в рамках договора университета с ракетно-космической корпорации «Энергия». Аккумуляторная батарея относится к классу сверхлегких и весит всего 30 кг. Для сравнения: аналогичные по мощности и конструкции накопители энергии имеют массу около 43 кг. Об этом университет сообщил 18 июня 2024 года.

ПТК «Орёл» предназначен для доставки людей и грузов на космические станции к околоземной орбите, а также является одним из ключевых элементов существующей российской лунной программы. Он должен прийти на смену пилотируемым кораблям серии «Союз». По данным РКК «Энергия», космический корабль сможет до года находиться в составе орбитальной станции на низкой околоземной орбите (НОО), а также до 180 суток — в составе окололунной станции. В автономном полете модификация для НОО способна пробыть до 30 суток, а лунная — до 10.

В процессе реализации проекта в Институте электродвижения МФТИ создан опытный образец аккумуляторной батареи ПТК «Орел». Для определения облика накопителя энергии инженеры использовали технологии компьютерного моделирования с разработкой цифрового двойника изделия. Применение этой технологии позволило существенно сократить сроки и снизить стоимость проведения лабораторных отработочных испытаний.

𝓲

МФТИ

Внутри аккумуляторной батареи установлено 48 параллельно последовательно соединенных литий-ионных аккумуляторов с высокой удельной энергией, которые были специально разработаны для использования в составе этой батареи. Эти аккумуляторы устойчивы к внешним воздействующим факторам космического пространства – вакууму и перепадам температур. Кроме блока аккумуляторов, внутри батареи расположен блок электроники. Внешний корпус обеспечивает стойкость к механическим нагрузкам, — добавил главный конструктор изделия Олег Архипенков.

Созданный в МФТИ накопитель энергии на 10% превосходит по соотношению ёмкости к массе зарубежные аналоги компании SpaceX. Несмотря на это, команда инженеров МФТИ не намерена останавливаться на достигнутом – планируется довести этот показатель по удельной энергии до приблизительно 30% относительно аналогичных батарей для аппарата Dragon V2 компании Илона Маска.Метавселенная ВДНХ 3.6 т

Разработчики подчеркивают: уменьшение массы никак не отразилось на прочности и энергоэффективности батареи, при этом внесло свой вклад в общее снижение массы космического корабля. Накопитель энергии рассчитан минимум на 4 полета в космос, с подзарядкой после каждого из них.

Когда мы сравнили характеристики нашей батареи с техническими характеристиками аналогичной батареи от SpaceX, то по удельной энергии мы пока превосходим их на 10%, но в рамках поэтапной работы над проектом по этому показателю мы обгоним их почти на треть. Удельная энергия — это соотношение энергии, которая запасена в батарее к ее массе. Она измеряется в Ватт-часах деленных на килограмм. Разработанная нашим Институтом батарея для космического корабля запасает 4930 Ватт-часов. Следовательно, при массе в 30 кг ее удельная энергия составляет 164 Ватт-часов на килограмм, — уточнил Олег Архипенков.

В 2024 году сотрудники МФТИ планируют закончить цикл наземной отработки аккумуляторной батареи. После этого опытные образцы передадут заказчику для проведения комплексных испытаний в составе макета пилотируемого транспортного корабля «Орел».

Для проведения подготовительных и проверочных операций, в том числе обслуживания батареи между полетами на космодроме «Восточный», разработана и изготовлена контрольно-испытательная аппаратура, которая также позволяет имитировать батареи для долгосрочных проверок всего космического корабля.