Сегодня все чаще можно слышать разговоры о стремительном истощении углеводородного топлива и необходимости срочного освоения альтернативных источников энергии, одним из которых являются солнечные батареи. К сожалению, широкого применения в мире, в том числе и России, они не получили. Сложившуюся ситуацию, по мнению доктора физико-математических наук Олега Пчелякова - заведующего отделом роста и структуры полупроводниковых материалов Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, должны исправить вакуумные космические лаборатории. О реализации этого перспективного проекта ученый рассказал в журнале "Наука и технологии РФ" - над ним уже несколько лет трудятся сибирские исследователи совместно с сотрудниками Университета Хьюстона (США).

Отечественные специалисты еще в начале 1970-х годов разработали матричные фотоприемники инфракрасного диапазона, электронно-оптические преобразователи, СВЧ-транзисторы, квантовые интерферометры*. Что же касается выращивания крис-

* См.: А. Скринский. Познание материи. - Наука в России, 2007, N 6 (прим. ред.).

таллов для солнечных батарей, то в Новосибирске постепенно пришли к выводу, что технически и экономически выгоднее решать эту задачу за пределами нашей атмосферы, ибо КПД такой работы на Земле составит не выше 15 - 16%. Столь жесткие ограничения на уровень производительности солнечных батарей накладывают не только толщина слоя полупроводника, но и состав пленки, а также качество выращиваемых кристаллов кремния. Улучшить эти характеристики можно, лишь получая необходимый материал в очень чистых условиях, максимально приближенных к идеальному вакууму. Это позволит довести КПД преобразования света в электричество до 30%, а значит, вдвое уменьшить поверхность батарей при той же мощности.

Строить вакуумные камеры на Земле очень дорого и неэффективно - нужны особо чистые помещения в сотни квадратных метров и оборудование почти на миллиард долларов. Причем единожды распилив в такой установке, к примеру, арсенид* галлия, в ней уже никогда нельзя будет вырастить кристаллы кремния и германия, ибо мышьяк, входящий в состав первого соединения, осаждаясь на стенках камеры и испаряясь даже при комнатной температуре, изменит характеристику второго материала настолько, что полученный продукт будет обладать свойствами не полупроводника, а металла.

К слову сказать, 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. Другой американский ученый славянского происхождения Костоф в 1960-е годы произвел расчеты функционирования соответствующей лаборатории, доказывающие, что на первой космической скорости за предметом, летящим вне земной атмосферы, образуется область, где практически нет вещества. Тем самым он сформулировал концепцию космической лаборатории. Размер ее может быть любым - достаточно прикрепить к летающей орбитальной станции требуемого диаметра экран наподобие зонта.

Разумеется, в те годы никто не думал, что подобная лаборатория предоставит идеальные условия для выращивания чистых кристаллических структур, поэтому применения изобретению Костофа не нашлось. К его идее вновь обратились в конце 1980-х годов, а спустя еще десять лет уже начались полеты орбитальных аппаратов с необходимыми устройствами. Первый из них для выращивания кремниевых

* Арсениды - химические соединения мышьяка с металлами, являются важными полупроводниками (прим. ред.).

Российский сегмент Международной космической станции.

пленок в космосе запустили США. Весил он более 3,5 т. Стоимость выведения такого груза исчисляется миллионами долларов.

Финансовую поддержку российского проекта сегодня оказывает Ракетно-космическая корпорация "Энергия", в будущем часть затрат планируется возложить на частных инвесторов. Замыслы наших ученых интересны всему мировому научному сообществу, поскольку в космических вакуумных лабораториях можно будет не только выращивать кремниевые структуры, но и производить глубокую очистку материалов, создавать металлические пленки, диэлектрики и фоточувствительные среды. Окупаемость такого вакуумного производства вне атмосферы Земли рассчитали эксперты Германии и Франции, которым отечественные специалисты направили бизнес-план проекта для привлечения инвесторов.

За новые поисковые исследования в будущих орбитальных вакуумных лабораториях отвечает Федеральное государственное унитарное предприятие "ЦНИИ-маш" (город Королев, Московская область)*. Совместно с ним Институт физики полупроводников СО РАН разрабатывает проект космического автономного технологического корабля "ОКА-Т". Пока он существует только в чертежах. Воплотить его в жизнь сибиряки собираются к 2015 г. На нем будет размещено вакуумное производство, на котором начнут выращивать кремниевые пластины, а затем в баллистических капсулах возвращать их на Землю. Над решением этого проекта работают сейчас ведущие специалисты нашей страны в сфере микроэлектроники: академик Камиль Валиев - организатор "кремниевой долины" в подмосковном городе Зеленограде, академик Александр Орликовский - директор Московского физико-технического института, академик Александр Асеев - председатель Президиума СО РАН и др. Все это вселяет надежду, что, развернув вакуумное производство в космосе, нам удастся шагнуть по уровню технологий на многие десятилетия вперед.

Роговая М. В открытом космосе построят завод. - "Наука и технологии РФ", 23.12.2009 г.

Материал подготовил Ярослав РЕНЬКАС

* См.: Н. Севастьянов. Продолжая дело легендарного конструктора. - Наука в России, 2007, N 1 (прим. ред.).

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: