تقنيات التنظيم الحراري للمركبات الفضائية العاملة في كراترز الظل

The Unique Thermal Environment of Shadowed Craters

أما المركبات الفضائية التي تعمل داخل الحفر المظللة بشكل دائم على سطح القمر أو الزئبق أو غيرها من الأجساد التي لا تبث جواً، فتواجه واحداً من أكثر البيئات حرارية في النظام الشمسي، وبالتالي فإن هذه الحفر التي تقع بالقرب من القطبين، تكون محمية من ضوء الشمس المباشر أو من الطبوغرافيا المحيطة، مما يؤدي إلى نشوء مناطق لم تر ضوء الشمس لمليارات السنين.

تقنيات التنظيم الحراري الرئيسية

التقنيات السلبية

العزل المتعدد الأحرف

(أ) إن مجموعة الـ (MLI) من المواد غير المُشعة والمتمثلة في: (MLI) التي تُحدث في مناطق مُتسخة من الأشعة، والتي لا تزال تُستخدم في أجهزة مُعدة من الأشعة، والتي تُستخدم في أجهزة مُعدّدة للأشعة دون الحمراء.

التكرار الحراري والعلاج السطحي

In addition to MLI, spacecraft surfaces are deliberately coated to manage heat absorption and emission. Thermal control coating have specific values of solar absorptance (AA) and infraittance (e) for a spacecraft that must discard internal warm, a coating with high int

مواد تغير المرحلة

(ب) المواد التي تبدل حرارة الجسم في الآونة الأخيرة هي طريقة سلبية لتقلبات الحرارة العازلة: فكلورو ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو عبارة عن خمر مشبع بالفلور أو بنزهة مائلة، أو متغيرات في الميثان، أو متغيرات في الميثان، أو متغيرات في الحرارة، أو في شكل حرارة، أو في شكل سائل متحركة، أو في شكل سائل متحركة.

التقنيات النشطة

وحدات مسرح النظائر المشعة

وتُعدّ هذه الأجهزة، رغم ذلك، مُعدّات مُتسمّاة بالثدي، مُنَعَّةً ذات قيمة كبيرة من الغازات المُخَلَّفة، وهي تُستخدم في إطارها أجهزة مُخدّرة ذات مواصفات حرارة كبيرة، وهي تُستخدم في شكل أجهزة مُتطوّرة ذات مواصفات حرارة مُصمّمة.

نظم التهوية والتحكم الكهربائية

وتُستخدم أجهزة التسخين الكهربائية أكثر الطرق نشاطاً، وهي خفيفة الوزن، ويسهل التحكم فيها، ويمكن وضعها بالضبط حيثما تكون الحرارة لازمة.

مصممو الصكوك الحساسة

بعض الأدوات العلمية - مثل المطياف القريبة من الحمراء، وأجهزة الكشف عن الأشعة المكتومة، وأجهزة الاستشعار الكمي - درجة الحرارة الأكثر برودة - 5

نظم نقل الحرارة

قنابل حارة وقراص من طراز لووب

(ب) أنبوبات الحرارة مُغلقة مُحمَّلة بسوائل عاملة تنقل حرارة من مصدر ساخن إلى مغسلة باردة عبر التهرب والتثبيت، وفي حفرة مظلة، يمكن أن يربط جهاز حرارة مُعدَّل بمواد حرارية مُحدَّدة بما فيه الكفاية، مع تركيبة حرارة مُنخفضة إلى حدٍ أدنى من البرد، لأنَّة المُثَبِّبة هي في الغالب شديدة الحرارة.

الحوريات الحرارية

(أ) [المفاتيح الحرارية] هي أجهزة يمكن أن تفتح أو تغلق وصلة حرارية بين عنصرين، عادةً استجابةً لدرجات الحرارة أو الإشارة الكهربائية، وفي حفرة مظلة، يمكن أن يحول التحول الحراري إلى جهاز إشعاعي بارد من تصريف حرارة المركبات الفضائية دون الحاجة إليها، وعندما تولد المركبة الفضائية حرارة زائدة، تغلق المحركات، وتسمح بالتدفق إلى جهاز الإشعال وتُرفض.

المراقبة الحرارية للبعثات المحددة

Lunar Missions: Shackleton, Faustini and Beyond

(ب) بالإضافة إلى ذلك، فإن القطب الجنوبي المشرق يعود إلى عدة أجهزة مظلة شاكلية دائمة، بما في ذلك جهاز شاكلتون، وجهاز شوكر، وأجهزة التبريد المصممة على نطاق واسع، وأجهزة التبريد المزودة بأجهزة مجهزة بأجهزة متحركة بالأشعة، وأجهزة مجهزة بالأشعة فوق البنفسجية، وأجهزة التبريد المزودة بالأشعة (MFLT)

بعثات الزئبق: MESSENGER و BepiColombo

وتعاني أجهزة التبديل المظللة للزئبق من ظروف أكثر تطرفاً من القمر بسبب قرب الكوكب من الشمس، ويمكن أن تتجاوز أضلاع الحفر الشمسي 400 درجة مئوية، بينما تكون الأرضيات المظلة باردة إلى 180 درجة مئوية.

بعثة الكويكبات والمذنبات

(ب) إن الأجسام الصغيرة مثل الكويكبات والمذنبات يمكن أن تكون لها أيضاً أجهزة مظلة تهبط فيها درجات الحرارة بشكل كبير.

النهج الابتكارية والتطورات المستقبلية

المواد المتقدمة

(أ) [المركبات المحتوية على أجهزة التبديل الحرارية ذات الأداء العالي] في الفضاء، ويمكن أن تحل هذه المواد المخرفة - التي تحمل من السائل المنوي (Silica) أو الكربون أو المصفوفة المتعددة - التي تكون ذات قدرة على إحداث انخفاض حراري منخفض جداً، وغالباً ما تكون أقل من 0.02 W/m-K. وعندما تُطبق كرغاوي أو طبقة رقيقة، يمكن أن تحل محل أجهزة الأشعة فوقية في بعض التطبيقات، ولا سيما حيثما يلزم توفير الدعم الهيكلي

النظم الحرارية المولدة

ومن المفاهيم الواعدة التي تُستخدم في كل ساعة الجمع بين أجهزة التحكم بالفلور والمركبات الحرارية والمزلاجات الحرارية المتعددة التي لا تُستخدم في الوقت المناسب في إطار دورة التحلل الحرارية المتعددة التي تُستخدم فيها أجهزة التحلل الحراري (مثلاً عند حافة الحفرة) والتي يمكن استخدامها في زراعة مادة البيرفلوروكربون.

استخدام الموارد في الموقع

وعلى الرغم من أن البعثات التي تُنقل إليها أجهزة الحفر المظللة قد تكون قادرة على استغلال الموارد المحلية لأغراض المراقبة الحرارية. يمكن أن تُعادل المستودعات الأرضية لتخلق حزاماً توفر العزلة السالبة، وقد أشارت بعض الدراسات إلى أن إعادة فتح أجهزة الموجات الدقيقة يمكن أن تشكل حواجز صلبة أو لوحات مجمدة تعمل كحواجز ثلجية.

خاتمة

إن استكشاف أجهزة الحفر ذات الظل الدائم يمثل أحد أكثر الحدود احتياجا للهندسة الحرارية للمركبات الفضائية، وتركيب درجات الحرارة المرتفعة، ومدة طويلة دون ضوء الشمس، والحاجة إلى الحفاظ على الأدوات العلمية الحساسة تتطلب نهجا متطورا ومتعدد الأوجه، وأفضل استراتيجيات التنظيم الحراري تتضمن العزلة السلبية، والحواجز التي تتحول تدريجيا، والتدفئة النشطة من مصادر النظائر المشعة أو حرارة الكهرباء