משימות של מאדים פועלות תחת אחת הסביבות התרמיות המענישה ביותר במערכת השמש.הימים של היום ליד קו המשווה יכולים להגיע 20 מעלות צלזיוס, בעוד ששעות הלילה יורדות ל-195 מעלות צלזיוס בקוטבים ו-90 מעלות צלזיוס באזורים ממוזגים. אלה נדנדות פרועות, בשילוב עם אווירה נייר-אין ואבק מתפשט, דורשות מערכות בקרה תרמיות חזקות שמגנות על אלקטרוניקה רגישה, לשמור סוללות חמות, למנוע כישלונות וכשלים מתקדמים, אפילו לעמוד בסוכנויות מחקר מתקדמות, ונמנעות, ונמנעות, הן יכולות לעמוד במזגות, ונמנעות, הן יכולות לעמוד במזגות, ונמנעות, הן מנאס"א"א"א, הן מבעודן, הן יכולות לעמוד במזגות, הן יכולות לעמוד במזגות, והן מבעודן, הן יכולות לעמוד בטמפרטורות מתוחכמותן, והן מבעודן, הן יכולות לעמוד בטמפרטורות מתקדמות, והן מקיימות, הן מקיימות, והן ממערכות בקרה מתוחכמותן, והן ממערכות בקרה מתוחכמות של מערכות בקרה רציפים, הן יכולות לעמוד במזגות, הן יכולות לעמוד בטמפרטורות מתוחכמות של מערכות בקרה רציפים, הן יכולות לעמוד בטמפרטורות מתוחכמות של מערכות בקרה רסן-ידי מערכת בקרה רסן-

בסביבה הקרובה של Martian Thermal Environment

טמפרטורה קיצונית

מאדים חווה את הטמפרטורות הגדולות ביותר של כל כוכב לכת שביקרו על ידי אישורים. באתר הנחיתה Gale Crater של הקרדיות rover, טמפרטורות פני השטח נדנדה מ -90 מעלות צלזיוס בלילה עד 0 ° C במהלך היום, עם שיאים המתקרבים 20 מעלות צלזיוס בקיץ. באזורים הקוטביים, טמפרטורות הלילה יכולות לרדת ל-195 מעלות צלזיוס, מספיק קר כדי להקפיא פחמן דו חמצני לתוך קרח יבש.

הרדמה אטמוספירית ואפקטים

האווירה דלת-העדן, המורכבת בעיקר מפחמן דו-חמצני, מציעה מעט מעבר חום קונדוקטיבי.קונבנס, מנגנון קירור ראשוני על פני כדור הארץ, כמעט נעדר על מאדים.זה אומר כי לא ניתן לסמוך על קירור מבוסס מאוורר או כיור חום שעובד באוויר של כדור הארץ. במקום זאת, הם חייבים לנהל חום בעיקר באמצעות התנהגות וקרינה דקת.

סערות אבק וריאציות עונתיות

מאדים מפורסם בסערות אבק של כדור הארץ שיכולה בשבועות או חודשים.סערות אלה להפחית את גלי השמש להגיע אל פני השטח עד 99%, חיתוך כוח לארובים המופעלים על ידי השמש כמו רוח והזדמנות.הם גם משנים את הסביבה התרמית המקומית על ידי פיזור וקליטת קרינה אינפרא אדום, עלייה בטמפרטורות הלילה מעט אך מחסימת את השינויים עונתיים באותה מידה: השנה מאדים היא כמעט שתי אפשרויות של פעילות השמש ואווירית, כמו גם היא בעלת טווח רחב של כדור הארץ, ואפקט רחב של חום, ואוויר, אשר נועד, ואפקט חום, אשר נועד, אשר נועד, אשר נועד, ואוויר, אשר נועד, אשר נועד, אשר נועד, אשר נועד, אשר פועל באופן מעט, אשר נועד, חום השמש, ואפקט חום אווירי, אשר עשוי להיות מטווח חום השמש, ואוויר, אשר תוכנן על פני כדור הארץ, אשר תוכנן על פני כדור הארץ, ואפקט חום אווירי, אשר עשוי להיות מעצימה, אשר עשוי להיות איטי, אשר עשוי להיות מעצימה, והוא מייצר, חום הלילה, חום אווירי, חום אווירי, אשר עשוי להיות מעצימה, אשר מופעל על פני השמש, אשר מופעל על פני השמש, אשר מופעל על פני כדור הארץ, אשר מופעלת השמש, אשר

מערכות בקרה על מאדים רוג'רס

כדי לשרוד ולפעול בסביבה עוינת זו, ממאדים מאלבררים משתמשים בשילוב של טכניקות בקרה תרמיות פסיביות ופעילות.מערכות פסיביות ואקטיביות לא דורשות כוח או חלקים נעים, בעוד מערכות פעילות לצרוך אנרגיה כדי ליצור או להעביר חום.התערובת הספציפית תלויה במקור הכוח של ה-Rover, משך המשימה וחבילת כלי.

בקרת הרמיזה

בקרת תרמי פסיבית היא קו ההגנה הראשון.

  • (FLT:0) Multi-layer insulation (MLIOVA)FLT:1 - דינים דקים של קפטון אלומיניום או Mylar מופרדים על ידי מרשים. MLI שמיכה משקפים קרינה אינפרא אדום בחזרה לעבר הרוב, צמצום אובדן חום לחלל.הם משמשים על גוף, סוללות, וכלי רגיש.
  • (FLT:0) ציפוי פני השטח הירומלי (FLT:1) - ציירים וסרטים דקים עם אבסרטוטיביות סולארית ספציפית ואסרטיביות אינפרא אדום.לבן או ציפוי כסף משקפים אור השמש ולהגדיל את הרווח חום, בעוד ציפויים שחורים משפרים קירור קורנטיבי.חלק משטחים נועדו לשנות תכונות לאורך זמן (הפחתת) או להשתמש במחזות סולריים אופטיים (OS) כדי לחמם ולקירור.
  • (FLT:0) חומרי שינוי (PCMs) ,EveFLT:1) - חומרים אלה סופגים חום תוך התכה ושחרור חום תוך הקפאת, מתנהג כמו capacitors תרמיים. Paraffin שעווה ו hydrates מלח הם נפוצים PCMs המשמשים כדי לחסן תנודות טמפרטורה. לדוגמה, המפלספית השתמש במחשב מבוסס שעווה כדי לשמור על אלקטרוניקה בטווח ההפעלה.
  • (FLT:0 ,Radiators ושקעי חום 1) - לוחות ייעודיים פולטים חום עודף לחלל.על אישורים עם מערכות חשמל רדיואיזוטופ (MMRTG), קורנטורים חיוניים כדי לדחות חום פסולת ולמנוע חימום יתר על המידה.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בקרה פעילה

מערכות פעילות מספקות שליטה מדויקת כאשר שיטות פסיביות אינן מספיקות:

  • (FLT:0) יחידות חום רדיאטודיזוטופ (RHUsrov)FLT:1 - קפסולות קטנות המכילות פלוטוניום-238 המייצרות חום באמצעות דעיכה רדיואקטיבית.כל אחד מהם מייצר בערך 1 וואט של כוח תרמי, ויחידות מרובות ניתן להציב ליד רכיבים קריטיים.הם חזקים, ארוכים, ודורשים כוח, מה שהופך אותם אידיאליים לשמירה על טמפרטורות גבוהות יותר במהלך לילות קרים.
  • (FLT:0) תנורי ההתנגדות האלקטרומגנטיים (Electric Resistance תנורי) 1 (FLT:1) – המופעלים על ידי הסוללה של הרוב או מערכת השמש, תנורי חום אלה יכולים להיות מופעלים על ידי חימום של מכשירים לפני הניתוח ועל שמירה על טמפרטורת סוללות במהלך תקופות קרות.
  • (FLT:0) לולאות פלויד ומשאבות חום 1 ; נוזלי חישוב (כגון Freon או תערובת אמוניה מים) יכולים להעביר חום מאזורים חמים לאזורים קרים או לרדינים. משאבות חום יכולות לנוע חום נגד סגסוגת טמפרטורה, העלאת הטמפרטורה של רכיב קר.
  • (FLT:0) ציפויי פלטה בלתי אפשריים של פליטה 1 (Felotance) – משטחים חכמים שמשנים את הנישאות אינפרא אדום בתגובה לטמפרטורה.לדוגמה, כמה חומרים הופכים להיות יותר נוקשים כאשר חם, משפר קירור קורנטיבי ופחות נוע כאשר קר, שמירה על חום.

מחקרים: רוח, הזדמנות, סקרנות, ו Perseverance

כל אחד ממאדים לקח גישה שונה לשליטה תרמית בהתבסס על מטרות כוח המשימה שלה.

  • (FLT:0Spirit and Opportunity (mers)cioFLT) 1 - סולרי-שמש, הם הסתמכו בכבדות על בידוד פסיבי ומחממים חשמליים המופעלים על ידי רזרבות סוללות.הם השתמשו בשמיכות תרמיות זהב וצבע לבן כדי לנהל חימום סולארי בלילה, תנורי הישרדות שמרו על האלקטרוניקה מעל 40 מעלות צלזיוס.
  • (FLT:0)Curiosity (MSL)FearLT:1) מופעל על ידי Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG), סקרנות יש אספקה קבועה של חשמל חום פסולת.מערכת תרמית שלה כוללת לולאה נוזלית מומשת אשר מעביר חום מ MMRTG לגוף ה-Rover, שמירה על הפנים בטווח נוח של -40 מעלות צלזיוס ל-48 מכשירים ספציפיים כגון RMSC.
  • (FLT:0)Perseverance (Mars 2020) ההרחבה 1) - Shares the MMRTG עיצוב כמו סקרנות, אך עם שליטה תרמית משודרגת.זה משתמש ב"קרר נוסף" חדש עבור הניסוי של Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization הניסוי (MOXIE) ושיפור MLI כדי להפחית את אובדן החום.

אתגרים מרכזיים בניהול התרמומלי

למרות עשרות שנים של ניסיון, ניהול תרמי נשאר אחד ההיבטים התובעניים ביותר של עיצוב מאדים.האתגרים הבאים ממשיכים להניע חדשנות.

אנרגיה Constraints

תנורים פעילים ומשאבות לצרוך כוח שניתן להשתמש בו באופן אחר עבור מכשירים מדעיים או תקשורת.על אישורים המופעלים על ידי השמש, טיפות כוח באופן דרסטי במהלך סופות אבק וחורף, מה שחייב את המערכת התרמית להסתמך רק על בידוד פסיבי ו-RHUs. אפילו על אישורים המופעלים על ידי אנרגיה גרעינית, הפלט החשמלי של MMRTG מידרדר לאט לאורך זמן (כ 0.5% בשנה), תוך צמצום שולי עבור מהנדסים פעילים כדי הגנה על ידי כוח חלש ככל האפשר.

חומר Degradation

חומרים אינסטלציה מתפוגגים תחת ההתקפה המשולבת של קרינה אולטרה סגול, קרינת קרינת יון ורכיבה טמפרטורה. שמיכות MLI יכול להיות מחוספס לאבד את התכונות הרהורים שלהם. ציפויים תרמית יכול להחשיך בשל הצטברות אבק וקרינה, שינוי absorptivity הסולארי שלהם. over a multi שנים, שינויים אלה יכולים להפחית את היעילות של שליטה תרמית, הדורשת התערבות פעילה יותר הוא גם כן, אבל לא רק פשטות חום.

מתח תרמי ושומן

כל אחד מהמעגלים החומריים נושאים מרכיבים מורכבים ללחץ מכני גדול עקב התרחבות והתכווצויות.פרקים מוכרים, מחברים, ואיגרות חוב מבניות יכולים להיכשל לאחר רכיבה חוזרת על אופניים.המחקר של מאדים רוסרס חוו הרבה זוועות טרנספורמטיביות המיוחסות ללחץ תרמי - לדוגמה, הכישלון של כלי החיסרון הסלע על הרוח היה קשור חלקית לעייפות תרמית.

אבק וזיהום

אבק מאדים הוא טעון אלקטרוסטטי ומציית משטחים.זה יכול לקרין רדיולוגים, להפחית את היעילות של חילופי חום, ואפילו לגרום מעגלים קצרים אם הוא חודר אלקטרוניקה. סופה אבק כדור הארץ 2018 אשר סיים את משימת ההזדמנות חסומה אור השמש במשך חודשים, אבל גם מופקד אבק על משטחים תרמיים, שינוי התכונות התרמיות שלהם בעתיד חייב לכלול אסטרטגיות מסטיקה, כגון ניקוי אלקטרוסטטי, ציפוי הידרופונקטיבי או מחוספס עבור משטחים מכניים.

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

כאשר חקר מאדים עובר לעבר משימות אנושיות ומאחזים רובוטיים מורכבים יותר, שליטה תרמית חייבת להיות יעילה יותר, יעילה ואוטונומית יותר.

חומרים מתקדמים

Aerogels, חומרים מובנים באופן רופף עם מוליכות תרמית נמוכה מאוד, נבדקים עבור יישומי מאדים.הם קלים ויכולים להיות גמישים או נוקשה. Silica aerogels כבר בשימוש על מאדים Pathfinder והם משופרים עם תוספים עמידים קרינה. התפתחות אחרת היא "חכם" בידוד שיכול לשנות את התנהגותה תרמית בתגובה לטמפרטורה או אותות חשמליים, ומאפשר חומר אחד לפעול כמו גם מול מוליכים הדרושים.

לולאת חום צינורות ו Capillary Pumped Loops

צינורות חום לולאפס (LHPs) הם מכשירים פסיביים המשתמשים בפעולה capillary כדי להפיץ נוזל עבודה, תחבורה חום על פני מרחקים ארוכים ללא משאבות. הם חזקים, אין להם חלקים נעים, ויכולים לפעול על טווח טמפרטורה רחב. LHPs כבר בשימוש בחלליות במשך עשרות שנים, אבל להתאים אותם לסביבה מאדים - עם כוח המשיכה הנמוכה שלה וטמפרטורות קיצוניות - קפדניות - קפדניות זהירה ובחירת אוויר עבור נאס"א הוא מערכות נוזליות.

שינוי חומרים (PCMs)

בעוד ש-PCMs מבוסס פרפין בשימוש על כמה משימות, חומרים חדשים כגון מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs) ורכיבים מלוחים מציעים יכולת חום מאוחרת גבוהה יותר ויציבות טובה יותר.מחקר מתמקד גם במחשבים שיכולים לסבול אלפי מחזורי קפוא ללא השפלה. integrating PCMs לתוך rover chas או כלי רכב חלק יכול למנוע טמפרטורה פעילה ללא שימוש חום פעיל.

שיפור מודל ה-rmal Modeling

מודלים תרמיים מדויקים חיוניים לתכנון משימות ותפעול.תוכנות ניתוח אלמנט סופי מודרני יכול לדמות חילופי קרינה בסביבה מאדים, כולל ההשפעות של אבק ושינוי albedo. אבל ההתקדמות הגדולה ביותר היא השימוש של למידת מכונה כדי לחזות התנהגות תרמית במהלך פעולות rover.מודלים מאומן על נתוני טלמטרי יכולים לצפות אירועים מהתחממות יתר וממליץ על פעולות חיסכון כוח.

מסקנה

השליטה הנשגבת של נאס"א אינה דאגה משנית במשימות של מאדים - היא מאפשרת יסוד: מדרד אורנטי, תנודות טמפרטורה מהירות, אבק, ולחץ אטמוספירי נמוך יוצר תנאים שיהרוסו כל אלקטרוניקה מחוץ לאלף; במשך עשרות שנים של שיפור בסיסי, מתיבת החומרים הפשוטים של מאדים, שיבטיחו לנו, או יפעילו את התוכנות המותקנות יותר, כדי לספק לנו עוד יותר את ה-מספקות של מערכות בקרה חכמות יותר, או יותר, אם הן ממערכות של מערכות בקרה חכמות יותר, או יותר, כך, כך, כך, הן מ-F, הן מבטיחות יותר, הן מבטיחות יותר, הן ממערכות בטוחות יותר, אם הן מ-מחדשניות, הן יכולות לספק לנו, הן יכולות לספק לנו, כדי לספק לנו, או יותר, כדי למנוע את התוכנות מתקדמות יותר, כדי לספק לנו, כדי למנוע את התוכנות מתקדמות יותר, כדי למנוע את התוכנות מתקדמות יותר, כדי למנוע את התוכנות מתקדמות יותר, או יותר, כדי למנוע את ה-מספקות יותר, כדי למנוע את ה-Dreliregate חיצוניות יותר, כדי למנוע את ה-revenrevenrelirelimateer בטוח יותר, כדי למנוע את ה-re