В открытом космосе построят завод

Несмотря на разговоры о стремительном истощении запасов углеводородного топлива на Земле и необходимости срочного освоения альтернативных источников энергии, солнечные батареи до сих пор не получили в России широкого применения.

Заведующий отделом роста и структуры полупроводниковых материалов Института физики полупроводников СО РАН д.ф.-м.н. Олег Пчеляков уверен, что эту ситуацию исправят вакуумные космические лаборатории. Над этим проектом вместе с Университетом Хьюстона сегодня работает Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, который с 2003 г. имеет лицензию на проведение работ в открытом космосе.

Ученые пришли к выводу, что технически и экономически выгодно выращивать кристаллы для солнечных батарей в открытом космосе, прикрепив оборудование к борту МКС или любого автономного космического объекта. Большинство производимых в мире солнечных батарей на основе кремния имеют КПД не выше 15-16%. Жесткие ограничения на уровень производительности солнечных элементов батарей накладывает не только толщина слоя полупроводника, но и состав пленки, а также качество (чистота) выращиваемых кристаллов кремния. Улучшить эти характеристики можно только получая материал для батарей в очень чистых условиях условиях, максимально приближенных к идеальному вакууму. Это позволит довести КПД преобразования света в электричество до 30%, а, значит, вдвое уменьшить рабочую поверхность батарей при той же мощности.

Строить вакуумные камеры на Земле дорого и неэффективно - нужны особо чистые помещения в сотни квадратных метров и оборудование почти на миллиард долларов. При этом, единожды распылив в закрытой вакуумной камере, например, арсенид галлия, в ней уже нельзя будет когда-либо вырастить кристаллы кремния и германия. Мышьяк, входящий в состав первого соединения, осаждается на стенках камеры и испаряясь даже при комнатной температуре изменит свойства второго материала так, что полученные кристаллы будут иметь свойства не полупроводника, а металла.

Инициатором организации космических лабораторий стал потомок русских эмигрантов первой волны, а ныне - заслуженный профессор университета Хьюстона по перспективным материалам, один из научных экспертов НАСА Алекс Игнатьев. Космическая лаборатория - это вакуумная камера без стенок в открытом космосе, прикрепленная к борту станции снаружи. Единственная стенка лаборатории - металлический экран, ограждающий оборудование от микрометеоритов и набегающих газовых потоков.

Первые опыты работы космической лаборатории будут проводиться в лабораториях ИФП СО РАН на имитаторе космического вакуума уже в 2010 году - следующим шагом станет выход в открытый космос на МК.Первый построенный в США аппарат для выращивания кремниевых пленок в космосе весил более 3,5 т, а стоимость выведения такого груза на орбиту исчислялась миллионами долларов. До трагедии на шаттле «Колумбия» 2003 года он успел реализовать три эксперимента.

Сегодня с университетом Хьюстона плотно сотрудничают сотрудники Российской Академии Наук.

В конце октября Олег Пчеляков и Алекс Игнатьев организовали международный Симпозиум в Хьюстоне - «Нанотехнологии, энергетика и космос» и возглавили Оргкомитет а в начале 2010 года в ИФП СО РАН ожидают получить от американских коллег испытанную в полетах бортовую электронику для своего космического лабораторного оборудования.

- Идея образования вакуума за движущимся предметом принадлежит Аристотелю, который предположил, что камень, выпущенный из пращи, расталкивает молекулы и образуется пустое пространство - вакуум. После реализации проекта мы готовы ему заплатить за использование открытия, - смеется Олег Пчеляков.

Финансовую поддержку российской части проекта сегодня оказывает ракетно-космическая корпорация «Энергия», но в будущем часть затрат Россия планирует возложить на частных инвесторов. По сути, проект интересен всему мировому научному сообществу, поскольку в таких космических лабораториях можно не только выращивать плёночные структуры. В их сверхчистых условиях можно производить глубокую очистку материалов, создавать металлические пленки, диэлектрики и фоточувствительные среды.

Окупаемость вакуумного производства в космосе проверили эксперты Германии и Франции, куда российские ученые в поиске инвесторов направили бизнес-план проект. С помощью фотолитографии была сделана сотовая структура аналогичная сетчатке глаза и нанесена на специальный гель, который растворяется в биологической жидкости внутри глазного яблока человека. Разработанная технология позволит лечить распространенное заболевание - отслоение глазной сетчатки. Первые опыты на животных завершились успехом - впереди первые клинические испытания на человеке.

Проект поддерживает самый крупный НИИ в России - ФГУП «ЦНИИмаш».

- Для выхода в открытый космос мы совместно с ЦНИИмаш разрабатываем проект орбитального автономного технологического корабля «ОКА-Т», - сообщает Олег Пчеляков. - Пока он существует только в чертежах, но обещает быть построен к 2015 году. На нем мы разместим уже более серьезное производство, где будут выращиваться наши кремниевые пластины и в баллистических капсулах возвращаться на Землю.

Это будет небольшой орбитальный завод, вакуумное производство. Над проектом работают ведущие специалисты нашей страны по микроэлектронике, среди которых - академик Камиль Валиев, организатор кремниевой долины в Зеленограде, а также его ближайший соратник - директор МФТИ академик Александр Орликовский.

Институт физики полупроводников Сибирского отделения РАН подписал меморандум о сотрудничестве, в этом году зарегистрирован совместный российско-американский патент на устройство для выращивания полупроводниковых пленок в космос.