( Spacecraft) שפועל במסלול כדור הארץ נמוך או מאוורר עמוק יותר למערכת השמש לשאת תנודות טמפרטורה של מאות מעלות צלזיוס. לוויין באור השמש עשוי לעמוד מול +150 מעלות צלזיוס, בעוד שבליקומים הוא צנח ל -150 מעלות צלזיוס ניהול מסורתי - רדיונים פסיביים, תנורי חום, צינורות חום, וגוון - אבל עובד מוסיף המונים, מורכבות, ומושך את הכוח לאורך העשור האחרון, כמוסות תרמיים, כדי למנוע את החומרים המשתנים הבאים (מפרקים) חומרים מסוכנים (מפרקים) ממעבדים חמורים יותר) כדי לשמור על ידי חומרים מסוכנים (DLCDLCDLCDLCDLCDLCD) חומרים מסוכנים (DLCD) כדי לשמור על ידי חומרים מסוכנים (D) כדי לשמור על ידי חומרים מסוכנים) חומרים מסוכנים) חומרים מסוכנים (DLCDLCDLCDLCD)

מה הם חומרים לשינוי בשלב ה-microencapsulated?

חומרים לשינוי בשלב (PCMs) הם חומרים סופגים או משחררים אנרגיה תרמית כאשר הם משתנים מ מוצק לנוזל או להיפך. דוגמאות נפוצות כוללות שעווה פרפין, לחות מלח, וחומצות שומן. כאשר PCM נמס, הוא מאחסן כמות גדולה של חום מאוחר בטמפרטורה כמעט קבועה; כאשר הוא מנקה, זה משחרר את זה תכונות של תכונות מחשב עבור דימום תרמי, עם זאת, דלקת חמצן מכנית, יכול להיות זיהומים מכניים או ירידה של חמצן מחדש של חמצן, או ירידה של חמצן חמצן מחדש של חמצן, או ירידה חמצן חמצן חמצן חמצן, או ירידה חמצן חוזר על ידי חמצן, או ירידה חמצן, עם זאת, עם זאת, עם זאת, 000.

מיקרונופסציה פותרת את הבעיות הללו על ידי enclosing כל טיפה זעירה של PCM בתוך מעטפת פולימר רזה, עמיד (בדרך כלל melamine-formaldehyde, urea-formaldehyde, או פוליאורטן) הקפסולות נע בין 1 ל -100 מטר בקוטר.הפגזים פועל כמכשול מגן המונע דליפות אפילו לאחר מחזורים, מאפשר צבע חום לתוך נפח כימי או נוזל אחורי של חומר מטבול.

מפתח PCM מועמד ל-Spacecraft

  • (FLT:0) Feraffin שעווהesFLT:1 (למשל, n-hexadecane, n-octadecane) - נמס נקודות מ 18 מעלות צלזיוס עד 60 מעלות צלזיוס, חום גבוה מאוחר (200-250 kJ / kg), יציב מבחינה כימית, לא רעיל.
  • (ב) (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) (ב) ,0) חומצות חומצה פולית (למשל, חומצה דקלית, חומצה קדמית) - אמינות תרמית טובה, עלות נמוכה יותר, אך חום מאוחר יותר מאשר פרפרנים.
  • (FLT:0) מטלליק PCMsFLT:1 (למשל, גליום, נתרן) - מוליכות תרמית גבוהה מאוד אבל צפיפות גבוהה נקודות מעל 30 מעלות צלזיוס; בשימוש באחסון תרמי מיוחד כוח.

בחירת PCM תלויה בטווח טמפרטורת ההפעלה של רכיב החללית.עבור אלקטרוניקה לוויין טיפוסי (0-50 מעלות צלזיוס), פרפין עם נקודת התכה סביב 30-40 מעלות צלזיוס נפוץ.עבור מכשירים מבוכיים או סוללות עתיריות גבוהות, ניסוחים אחרים משמשים.

יתרונות של Microencapsulated PCMs עבור Spacecraft Thermal control

בהשוואה לניהול תרמי פאסיבי קונבנציונלי (radiators, צינורות חום, רצועות תרמיות) ומערכות פעיל (מחממים, משאבות), מיקרו-PCMs מציעים כמה יתרונות נפרדים כי הם בעלי ערך במיוחד בסביבה המסה-מחוסנת של חלליות.

1.התקנה התרמומית בעלת מסה מינימלית

אחסון חום עקבי מספק הזמנות של גודל יותר יכולת אנרגיה ליחידה מסתם אחסון חום הגיוני (למשל, אלומיניום או מים) 1 ק"ג מיקרו-PCM יכול לספוג או לשחרר בערך 200 kJ במהלך שינוי שלב, ואילו אותה מסה של אלומיניום יכול לאחסן רק על 0.9 kJ / C (ורק בעוד הטמפרטורה שלו עולה) זה הופך מיקרו-PCM אידיאלי עבור חלק עומסי חום - לדוגמה, כאשר הוא מדגימה מיקרו-F של לוויינים מלאים של תקן של 15.

מניעת Leakage ובטיחות מיקרוגרפי

במסלול, כל נוזל חופשי מסוכן: הוא יכול לצף לתוך מכשירים רגישים, אלקטרוניקה קצר-circuit, או משטחים אופטיים מעורפלים.פגז פולימרי של מיקרו-PCMs פיזית מכיל את PCM אפילו כאשר נמס, למנוע כל בריחה.גם אם כמוסה ruptures - שהופכת נדיר יותר כמו חומרים לשפר את הפגז - נפח המשוחרר הוא רשלני (אולי) ומיד מוצק בחלל הקר של זיהומים מורכבים יותר מאשר פעמונים מורכבים.

אינטגרציה קלה לחומרים קיימים

(המיקרו-קפסולות ניתן מפוזרים בציורים, בדבקים, בקצף, ואפילו פולימרים בעלי תואר שלישי ללא שינויים משמעותיים בעיבוד.לדוגמה, ניתן לחבוש לוח חלליות עם צבע המכיל מיקרו-PCM שאינו רק שולט בטמפרטורה אלא גם מספק תכונות אופטיות (absorptance), פולטת אינפלנס (FLT:0Recent in Amal Engineering) אשר הראו כי לא רק סיליקון בגובה של 12 מעלות צלזיוס מעל ל-D.

טמפרטורה של שינוי שלב מתאים

על ידי בחירת חומרים הליבה של PCM או שילוב אותם, מהנדסים יכולים לעצב microPCMs עם נקודות התכה החל מ - 50 מעלות צלזיוס (ליישומים Cryogenic) ליותר מ 200 מעלות צלזיוס (עבור אלקטרוניקה גבוהה כוח) זה מאפשר רגולציה טמפרטורה מותאמים לכל תת-מערכת - סוללות (20 עד 40 מעלות צלזיוס), avionics (40-60 מעלות צלזיוס), רכיבים הנעה (10-30 ° C), ומכשירים מדעיים (לעתים קרובות ניתן ל- 10-C).

מבצע פאסיבי מבטל את הכוח

בניגוד למגבונים פעילים או כצמאים פעילים, מיקרו-PCMs אינם דורשים חשמל.הם עובדים רק על ידי ספיגת חום מאוחרת / שחרור.זה מקטין את תקציב החשמל הדרוש לשליטה תרמית, שחרור וואטים עבור תשלום או להאריך את חיי המשימה. על לוויינים קטנים (KbeSats), שבו כוח הוא מוגבל מאוד, שילוב מיקרו-PCMs לתוך כלסיאה יכול להחליף או תוספת חום עבור כוח הגנה ומכשיר הגנה.

יישומים במערכות Spacecraft

Microencapsulated PCMs משולבים במספר מערכות תת-מערכות, מהגנת תרמי לאחסון אנרגיה.כאן הם אזורים מרכזיים עם עולם אמת או ליד הטמעת טיסות.

Thermal Blankets ו- Multi-Layer Insulation (MLI)

האמנה MLI משתמשת בשכבות מרובות של Mylar ו- Kapton שהופרדו על ידי צנרת.על ידי חדירה לצנרת עם microPCM-loaded adhesive או ציפוי השכבות הפנימיות, השמיכה מקבלת קיבול תרמי נוסף במהלך תקופות של פלוקס סולארי גבוה, PCM סופג חלק מהעומס החום, מעכב עלייה בטמפרטורה בחללית.

ניהול סוללות

סוללות ליתיום-יון בלוויינים חייבים להישאר בטווח טמפרטורה צר (בדרך כלל 10-45 ° C) עבור בטיחות ומחזור חיים. במהלך פעילות הדרדרן גבוהה (למשל, במהלך הליקוי, כאשר סוללות אספקה מלאה כוח), הם מייצרים חום משמעותי.פאנל מיקרו-PCM ממוקם בין הסוללה לבין ה-Cypertexital C, מניעת התחממות יתר. כאשר הסוללה היא idle או שמש כהה (כלומר, כולל סוללת מיקרו-Fegated) עבור סוללות Cegers (מ-Fegated) בדיקות חום Cegated, כולל סוללת CD.

אחסון תרמי עבור מערכות רדיואיזוטופ (RPS)

למשימות חלל עמוקות שבהן השמש חלשה מדי עבור לוחות סולאריים, גנרטורים תרמואלקטריים רדיואיזוטופים (RTGs) מספקים כוח מתמשך אך מייצרים חום פסולת.מיקרוPCM אחסון חום יכול להחליק שינויים כאשר הפלט RTG משתנה (למשל, במהלך ירי דחף או כלי חימום), הם יכולים גם להבטיח את RTG בטמפרטורה יציבה, שיפור יעילותה של סוכנות החלל האירופית: 1F של מערכות פלנטריות מסוג זה פועל עבור מערכות פלנטריות מסוג 1F: 1.

בקרת טמפרטורה רגישה

טלסקופים אופטיים ו- interferometers דורשים סביבות תרמיות יציבות מאוד.מיקרוPCMs משובצים בכלי דיור או ספסל אופטי יכול לחסן תנודות טמפרטורה הנגרמות על ידי מסלול החללית או שינוי מצביע.לדוגמה, המשימה של מיקרו-מעבד:0GRACE-FOFOFOFLT:1 של אמצעי מדידה של כוח הכבידה לדרוש תת-חלומיווה; Mbuffers להפחית את הנטל על החום הפעיל.

אתגרים טכניים ומחקר מתמשך

למרות ההבטחה, מיקרו-PCMs חייבים להתגבר על כמה מכשולים לפני שהפכה לשגרה בחלל.הוואקום, הקרינה, רכיבה על אופניים תרמיים ותנאים מיקרו-גרפיים של חלל כופים לחצים ייחודיים.

Shell Durability in Vacuum וקרינת

פגזים פולימר יכולים לצאת גז בוואקום, עלול לאבד מסה או להיות מתפתל. קרינת אולטרה סגול וחמצן אטומי (בסיבוב כדור הארץ נמוך) להפחית פולימרים רבים.חוקרים מפתחים פגזים עם עמידות קרינה משופרת - לדוגמה, באמצעות קרינת אחליקה או גרף שכבות תחמוצת חמצני כדי ליצור פגזים אורגניים אורגניים-אורגניים.FLT:0A מחקר ACS Applied Materials & ; מחסומים מאוחר הוכיחו את מחזורי חום של 1000 לאחר מחזורי חום-מחץ לאחר מחסנים מאוחר יותר.

זמן ארוך Cycling Reliability

Spacecraft עשוי לפעול במשך 10-15 שנים, כלומר אלפי מחזורי היתוך להמיסה.עם הזמן, התרחבות תרמית שונה בין PCM ופגז יכולה לגרום סדקים; גם PCM עשוי לדהור (במיוחד לחות מלחים) בדיקות חיים מואצות הוא חיוני.מחקר נוכחי מתמקד על קליפות של עצמו או PCMs פתור מוצק ( גבישים כי שינוי ללא התכה) כדי לחסל את הלחץ על בסיס גליקולארי).

שיפור התנהגותיות

רוב PCMs יש מוליכות תרמית נמוכה (0.1-0.3 W / mK), אשר מגבילה את העברת החום לתוך ומחוץ המיקרו-capsules. כדי לשפר, צינורות פחמן, גרפן ננופלסטיטיס, או חלקיקים מתכת ניתן לטבול בתוך הקליפה או את הליבה PCM. A 2023FLT:0 Nature Reports נייר LT 1x הראה כי הוספת 1 גרף יעיל של microin מורכב על ידי מיקרו-2% של תפקוד מיקרו-מסלולארי.

השפעות מיקרו-גרפיות על התנהגות של שינוי שלב

במיקרו-גרביטרטי, buoyancy-oriented convection בתוך PCM המומס הוא מדוכא.זה יכול להפחית את שיעורי העברת החום כי תחבורה תרמית מסתמכת רק על diffusion.בנוסף, חוסר הכבידה עלול לגרום לליבת ההיתוך לא "אבק" נגד הקיר, פוטנציאל ליצור חסמים כי להפחית את אזור מגע על טיסות פרבוליות ואת ISS להעריך את ההשפעות האלה לא "קפסולת שלב" (Prem) באופן איטי יותר, אבל גם על פני השטח של פעילות מיקרו-אך) יש השפעה נמוכה יותר, אך לא משתנה (Fic) עם זאת, 000).

כיוונים עתידיים ומכשולים פוטנציאליים

התחום נע במהירות.כמה חידושים באופק יכולים להפוך מיקרו-PCMs אפילו יותר אטרקטיבי עבור מערכות תרמיות חלליות.

Biodegradable ו- Bio-Sourced PCMs

תקנות סביבתיות מניעות עניין בחומרים בר קיימא.מחשבים המבוססים על הביולוגי משמן צמחי (Soybean, דקל) מציעים חום מאוחר יותר והם מתחדשים.זוג עם פגזים ביו-דידים שמקורם בתאים או שיטוסאן, מיקרו-PCM בר קיימא יכול להפחית את החששות הרעילות של ההשקה ואת הסיכון של סוף החיים.

חומרים לשינוי בטמפרטורות רחבות

במקום אחד PCM, החוקרים מפתחים קפסולות עם שכבות מרובות של ליבת, כל אחד עם נקודת היתוך שונה.חלקיק אחד יכול לטבול שלושה משטרי טמפרטורה נפרדים. לחלופין, תערובת של microcapsules עם PCMs שונים יכול להשתלב בלוח אחד.זה מאפשר החללית להתמודד עם תרחישים קר-soak חם וחם עם מערכת אחת פסיבית.

גנטיקה ואופטימיזציה מבוססת מודל

באמצעות מודלים המבוססים על פיזיקה של תרכובות מיקרו-PCM, מהנדסים יכולים ליצור תאומים דיגיטליים של מערכות תרמיות חלליות.סימולציות אלה מנבאות פרופילי טמפרטורה בתנאים מסלוליים ומסייעות לייעל את מסת ה- PCM, מיקום השכבה והפצה בגודל חלקיקים.

שילוב עם מדפסת תלת מימד ותוספת ייצור

כתב ישיר של שבבים המכילים מיקרו-PCM יכול לאפשר הדפסה של מכופרים תרמיים בצורת אישית ישירות על מבנה החללית או אלקטרוניקה.זה מבטל את מדרגות ההרכבה ומאפשר כיור חום תואם מתאים גיאוגרפיות מורכבות.FLT:0Research ב-Journal of MaterialsFLT:1 הראה לוחות דבש מודפס 3D מלא microPCM, השגת אנרגיה ספציפית 35Jir / kJir.

מערכות היברידיות Active-Passive Systems

שילוב מיקרו-PCMs עם צינורות חום או מכשירים תרמואלקטריים יכול ליצור הרגולטורים היברידיים.PCM מטפל בזמני ביניים, בעוד המערכת הפעילה מנהלת דחיית חום יציבה של המדינה.זה מקטין את הגודל והעוצמה של המרכיב הפעיל, המוביל לחיסכון מוחלט במערכת.חללית העתיד עשוי להיות "חכם" עור תרמי שמתג בין סופג לבין שחרור חום בהתבסס על השלב.

מסקנה

חומרים לשינוי בשלב מיקרונופסים מייצגים מהפכה שקטה בניהול חלליות תרמי.היכולת שלהם לספוג באופן פסיבי ולשחרר כמויות גדולות של חום מאוחר בטמפרטורה מתמדת, בשילוב עם מכילות נטולת דליפות ואינטגרציה קלה, מתייחסת לרבים מהחולשות של שיטות בקרה תרמיות.מעבורות תרמיות וסוללות סוללות כדי למנועי חשמל רגישים ומערכות כוח, מיקרו-PCMs מאומתים במבחנים קרקעיים ובקרוב בזמן שהם ממשיכים להיות אתגרים חדשים, כמו גם כן, כמו גם חומרים מתקדמים יותר, שיפור מתמיד, ותפקודים יותר, ותפקודים מתקדמים יותר, ותפקודים מתקדמים, ותפקודים יותר, ותפקודים יותר יציבים יותר, ותפקודים יותר, ותפקודים יותר, ותפקודים יותר, ותפקודים יותר, ותפקודים יותר, תקינים יותר, ותפקודים יותר, ותפקודים יותר, תקינים של כלי תקינים של סוללות, יהיו יעילים יותר, ותפקודם של כלי תקינים של סוללות, ותפקודים יותר, ותפקודם של כלי סלולאריכים מתקדמים של כלי מנגנוני אבטחה גמישים של סוללות, ותפקודים של מערכות כוח, יהיו יעילים יותר, ומערכת כוח, ומערכת כוח, ותפקוד נמוך יותר, ומערכת כוח, ומערכת כוח, ותפקוד