שם מקור: The Critical Role of Engine Cooling in Deep Space

חקר החלל העמוק דוחף את הנדסת החלל לגבולותיה, במיוחד בתחום הניהול התרמי.בניגוד למערכות המבוססות על כדור הארץ שיכולות להסתמך על אוויר או מים זורמים, חלליות הפועלות בוואקום של החלל חייבות לדחות חום רק באמצעות קרינה.אתגר זה הופך להיות חד-משמעי יותר כאשר משימות מתרחבות לשנים או עשורים, כמו במקרה של מסעות למאדים, כוכבי הלכת החיצוניים, ומעבר ל- Engine קירור הוא לא רק מערכת משנית – היא מערכת של העצמה, המאפשרת של פעילות גופנית, היא מערכת חיים מורחבת, ועוצמה כוללת, ועוצמה, ועוצמה, ועוצמה, ועוצמה, כוללית, היא מאפשרת, של כלי-זמנית, ועוצמה, ורחבה, היא מאפשרת, של כלי-זמנית של כלי-זמנית של כלי-זמנית של כלי-זמנית, והתרחבות, והתרחבות, והתרחבות, כמו גם זמן-זמנית של כלי-זמנית, והתרחבות של כלי-זמן, והתרחבות, והתרחבות של כלי-זמנית של כלי-זמנית, כמו גם של כלי-מחדשנית.

חידושים אחרונים בטכנולוגיית קירור שינו את הפרדיגמה ממערכות פאסיביות, חד-פעמיות לפתרונות פעילים, הסתגלותיים המסוגלים לפעול תחת עומסים תרמיים קיצוניים.ההתקדמות הזו חיונית לעוצמה של בדיקות חלל עמוקות, קרקעים וכלי רכב מאוישים שצריכים לסבול תנודות טמפרטורה רחבות, אפקטים מיקרומטרורואידים, והשפלה בלתי הפיכות לאורך זמן.

אתגרים בסיסיים של התחדשות חום בחלל

כדי להעריך את החידושים, יש צורך להבין את הסביבה התרמית הייחודית של מרחב עמוק. על פני כדור הארץ, החום מועבר בעיקר באמצעות התנהגות (סולנים) וקונפדרציה (fluids) בחלל, היעדרה של אווירה מבטלת קירור קונפוטיבי, משאיר קרינה כאמצעי היציב היחיד של דחיית חום.זה נשלט על ידי חוק סטפאן-בולטמן, שבו הכוח הרדיואקטיבי הוא פרופורציה לטמפרטורות גבוהות יותר, אך ורק על ידי חום, אך גבוהה יותר, אך גבוהה יותר, אך גבוהה יותר, אך גבוהה יותר, על ידי טמפרטורות חום.

Spacecraft גם מול ⁇ טמפרטורה קיצונית: הצד העומד בפני השמש יכול לעלות על 120 מעלות צלזיוס, בעוד הצד המפוצל עשוי לרדת למטה - 150 מעלות צלזיוס. מנועים מסבך את זה על ידי יצירת חום מקומי אינטנסיבי - לפעמים מעל 1,000 מעלות צלזיוס בתאי הבעירה או Nozzles. ללא קירור הולם, רכיבים יכולים לפרוץ, סדק, או להיכשל באופן קטסטרופלי כמו קרינה פסיבית ומחמים הם מספיקים עבור טמפרטורות ארוכות ללא קירור דורשות.

פריצת דרך Cooling Technologies עבור מנועים מהחלל החיצון

במהלך שני העשורים האחרונים, סוכנויות חלל ותעשייה פרטית פיתחו מספר טכנולוגיות קירור משתנות של המשחק.אלה לא רק שיפורים מצטברים אלא שיטות חדשות ביסודן של תחבורה תרמית ודחייה המיועדות לשקיות של חלל עמוק.

מערכות צינור חום

צינורות חום הם צינורות חתומות המכילות נוזל עבודה העובר שינוי שלב להובלה ביעילות.מקור החום מחוספס את הנוזל; ה- vapor נוסע לאזור קריר יותר שבו הוא condenses, שחרור חום מאוחר; החזרי נוזל מתואם באמצעות פעולה תרמילאית (Ricellowing) באמצעות מבנה צמחי מרפא חזק יותר.

צנרת חום (LHPs)

תוך כדי הגשמת מושג צינור החום, צינורות חום מפרידים בין המבונן לבין condenser על ידי צ'קוזי גמיש, המאפשר גמישות רבה יותר בפריסת חלליות.A LHP משתמשת ⁇ ⁇ כדי לשאוב את השלב הנוזל, אבל ה- vapor ו-נוזל נסיעה בלולאות נפרדות, מניעת זרימת הנגד של צינורות חום מסורתיים של נאס"א.

משטחים מגניבים עם High-Emissivity Coating

(הופנה מהדף ה[[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1966]]]]]]]]]], [[1966]], [[1924]]]], [[1966]]]]]]]], [[1966]]]]]], [[1966]]]]]]]], [[1966]]]], [[1966]]]]]], [[1966]]]]]]]]]], [[1966]]]]]]]] [[[[[[1966]]]]]]

Cryogenic Coolants

עבור מנועי הפועלים לסירוגין - כגון אלה המשמשים לשילוב מסלול או תיקון קורס - קירור קרגני מציע כיור חום יעיל מימן נוזלי, הליום, או ניאון בטמפרטורות מתחת 20 K יכול לספוג כמויות עצומות של חום באמצעות שלב לפני שהוא מנקה לחלל.

Regenerative וסרט מגניב

בנוסף לשיטות האקזוטיות הללו, קירור חוזר נשאר סוס עבודה עבור מנועי עתירי זמן גבוהים.באנום מגניבים, אחד המדחף - מימן זמני או מתאן - מתפתלים דרך ערוצים בקיר הנורה ה-Neamtle לפני כניסתו לתא ההפצצה, זה משרת מטרה כפולה: הוא מגניב את nozzle and prembres, שיפור של מנועים של 3DF ל-Ricates (למשל) ל-Ricretaives (מחדש) ל-to-F) של מנועים (מחדש) על פני שטח (מחדש) של מנועים (RicrepoF) של מנועים (Ricial) של מנועים (Ricertomptomptomp2D) על פני שטח (Ricial) של מנועים) של מנועים (Ricial) של מנועים (Ricial) (R.

בדומה לכך, קירור הסרט מאגד שכבת גז קרירה לאורך הקיר התאי כדי להגן עליו מפני גזי ההבעירה החמה.בעוד שקירור הסרט מובן היטב עבור מנועי שיגור כדור הארץ, היישום שלו בחלל עמוק מציג אתגרים ייחודיים ובלתי יציבים בשל לחץ מופחת לתוך FLT:0 עצמו-adapting סרט קירור FLT:1 אשר מתאמת בזמן אמת לרמות המנוע הוא מתקדם, מבטיח להרחיב את הרכיב מספר שנים של פעילות מחדש.

חומרים מדע מתקדם עבור התאמות

שום מערכת קירור לא יכולה לפצות באופן מלא על תכונות חומריות לא מספיקות.העומס התרמי על מנועי חלל עמוקים - במיוחד טילים תרמיים גרעיניים או דחף חשמלי גבוה - חומרים ביקוש שיכולים לפעול בטמפרטורות קיצוניות תוך התנגדות למצוץ, חמצון ועייפות תרמית.

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

פריצת דרך נוספת היא ניהול תרמי של FLT:0 â € ¢ ¢ באמצעות microchannelsFLT קירור ; 1:1 בתוך רכיבים מבניים.שימוש בייצור תוספת, מהנדסים יכולים עכשיו לשלב ערוצי קירור ישירות לתוך קירות של תאים של הבעירה ו nozzles, חיסול הצורך במעילים קרירים נפרדים. גישה מונוליטית זו מפחיתה משקל ומורכבות ההתאספות, קריטי עבור בדיקות חללים מאומנים מסיביים.

מערכות היברידיות: רדיונדנסיות ויציבות עבור משימות ארוכות

עבור משימות לאורך עשרות שנים, אין טכנולוגיה קירור אחת שניתן לסמוך עליה לחלוטין.חללית חלל עמוקה, לכן היא משתמשת במערכות היברידיות המשלבות שיטות קירור מרובות, המספקות ריצוף והתאמה לתנאים משתנים.

אדריכלות טיפוסית לבמה הנעה גרעינית בעלת כוח גרעיני עשויה לכלול:

  • לולאה קירור:0 (FLT:1hil מתכת נוזלית (למשל, ליתיום או sodium-potassium) מופצה דרך הליבה הכורה צינורות חום, אשר מעביר חום למערך קורנטור.
  • (FLT:0IIary הלולאה:0) 1 (FLT:1) מערכת צינורות חום נפרדת נעה חום פסולת מן האלקטרוניקה של המנוע ומשאבות לרדיורדיאטור עזר.
  • (FLT:0) , 000 נדיבות מבוכה: 1FreaLT 1) מאגר קטן של הליום נוזלי זמין עבור קירור מהיר אם הלולאה העיקרית סובלת דליפה.
  • (ב) ⁇ :0) משטחים של הרשאות: ⁇ FLT:1 , קורנטורים מתוכנתים שמתגמלים בין גבוה לנמוך בהתאם לטמפרטורה, שמירה על חום במהלך מעברים קרים.

גישה זו גדלה באמינות ללא תוספת מסה אסרטיבית.TheFLT:0 [Prometheus ProjectcioFLT] 1 (NASA, 2003) ומחקרים הבאים עבור כוכב הלכת איפי מונים אורביטר הראו כי מערכות קירור היברידיות יכולות לקיים מנוע המופעל על ידי כור במשך 15-20 שנים.

השפעה על תכנון המשימה וחקר החלל העמוק

ההתקדמות בקירור המנוע אינה רק שרידים טכניים; הם מאפשרים ישירות למשימות השאפתניות ביותר אי פעם להגעתה.ללא קירור אמין, כוויות ארוכות טווח גבוהות הן בלתי אפשריות, חיי מנוע נמדדים בשעות, וחללית אינה יכולה לנתק את החום ממערכות כוח על הסיפון.

המשימה של מאדים

המשימה האנושית למאדים תדרוש מנועים שיכולים לפעול במשך חודשים בחלל עמוק, עם מספר הפעלות מחדש.ה-FLT:0) NASA Mars Design Reference Architecture 5.0FLT:1 specif a Nuclear תרמי (FLT:2NTRIRFLT 3:0) שיכולה לירות עד 90 דקות לשרוף את הליבה של NTR יש לקרר באופן קבוע במהלך שריפה ופרק זמן קצר לאחר מכן עם טמפרטורות קרירות, עם טמפרטורות קרירות, עם טמפרטורות קרירות יותר, לאחר מכן, עם טמפרטורות קרירות של טמפרטורות קרירות.

Extending Outer Planet and Interstellar Missions

עבור משימות רובוטיות למערכת השמש החיצונית, כגון נאס"א:0 (interstellar Probeph) מושג 1 (משימה 50 שנה), מערכת הקירור חייבת לשרוד עשרות שנים של השפלה תרמית איטית. משטחים קירור רדיטיבי עם ציפוי פחמן דמוי יהלום הראו אובדן כישרות לא סביר לאחר 20 שנים של חשיפה מדמיינת.

תרומות מסחריות ובינלאומיות

(ב) חברות פרטיות כמו FLT:0 Blue OriginFLT:1 ו-FLT:2Axiom SpaceveFLT 3: 3 משקיעות גם קירור מתקדם עבור כלי רכב חלל עמוקים שלהם.TheFLT:4 ו-Europh European Space Agency של סוכנות החלל האירופית, אשר יוכיחו כי 5 ריבאורד משתמש בצנרת לולאה כדי להסדיר את טמפרטורת הסוללה שלו במהלך הלילה של מאדים, בינתיים, יפן הצטרפה למחזור של 7AF7ALT5 למחזור חשמלי קטן יותר, אשר פותחה.

כיוונים עתידיים ומחקרים עתידיים

במבט קדימה, כמה אזורי מחקר מתעוררים מבטיחים לחולל מהפכה נוספת של קירור המנוע לחלל עמוק.

  • (ב) [15] תחבורה תרמית דו-זמנית עם ננופלואידים: 1 (FLT) 1 סוסיונים של חלקיקים (למשל, oxide או גרפן אלומיניום) בקוררנים יכולים לשפר את התקני העברת החום עד 20-50%. נאס"א: 2Glenn Research CenterFLT 3 הוא ניסוי עם ננואיד-מלא חום על ידי פחות מצמצם את גודל צינורות.
  • (FLT:0) סגסוגת סגסוגת של שאפ-ממורי (FLT) 1:1 ניתן להשתמש בהם כדי לשנות את מבנה הוויקיק בתגובה לטמפרטורה, יצירת מערכת רגולציה עצמית ללא חלקי חשמל נעים.
  • (FLT:0)Quantum חום הציפוי: FIRLT:1 , Ultra-thin metamaterials ניתן להנדס כדי פולט קרינה בלהקות אינפרא אדום ספציפיות כי הם פחות סביר להיות reabsorbed על ידי משטחים חלליים סמוכים, שיפור דחיית חום נטו.
  • ייצור תוספי מזון:0 (In-space: FLT:1 Producing רכיבי קירור בתחנה מחומרים ממוחזרים יאפשר כלי חלל עמוקים לתקן או לשדרג את מערכות ניהול תרמי שלהם באמצע ההפוגה.

חידושים אלה, בעודם עדיין במחקר מוקדם, מצביעים על עתיד שבו קירור חללי הוא מתאים וחזק כמו המנועים עצמם.

מסקנה

קירור המנוע בחלל העמוק כבר לא שירות תמיכה - זוהי טכנולוגיה מכונן שמעצבת פרופילים ומשך. באמצעות פיתוח צינורות חום, צינורות חום לולאות קרירות, ניוון וסרט קירור, וחומרים מתקדמים, מהנדסים עשו את זה אפשרי להפעיל מערכות הנעה במשך שנים ולא שעות. אדריכלות היברידית כי טכנולוגיות אלה לספק את משימות רדום הנדרש עבור מאדים, צדק, כמו גם פיתוח מערכת חללים חדשניים, אולי, ככל הנראה, בחללים מתקדמים, כמו גם בחללים מתקדמים, כמו גם כן, כמו גם בחללים חדשניים, כמו גם כן, יכולות להתפתח, כמו גם כן, כמו גם פיתוח של מערכת עיצובים מתקדמים, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם פיתוח של סוללות חדשניות של סוללות חדשניות של סוללות.

לקריאה נוספת, ראה תאוריה של צינורות חום נוכחית ויישומים אנדרט 1:1 ולחקור את ה-FLT:2NASA של המדינה-of-the-art בקרת תרמי עבור חלליות קטנות.