החשיבות הגוברת של שליטה תרמית ב ננוסטליטים

ננוסטליטים - מחלקה של חלליות בדרך כלל שוקלות בין 1 ל-10 ק"ג ולעיתים קרובות בנויות על פלטפורמת הקוביות הסטנדרטית - שינתה את תעשיית החלל.על ידי הורדת עלויות השיגור וקווי זמן הפיתוח באופן דרמטי, הם אפשרו לאוניברסיטאות, סטארט-אפים, ומדינות חלל מתעוררות להשתתף ישירות בחקר החלל.מעל 2,000 ננוסטליטים הושקו מאז תחילת שנות ה-2000, עם יישומים החל מהתבוננות מכדור הארץ ותקשורת ועד להפגנת מדע וטכנולוגיות בין כוכבי הלכת.

עם זאת, היתרונות מאוד שהופכים ננוסטלינים אטרקטיביים - גודל קומפקטי, מסה נמוכה, ותקציבי חשמל נמוכים - גם ליצור מגבלות הנדסיות חמורות.אחד האתגרים המתמשכים והקריביים ביותר הוא ניהול תרמי.בריק של החלל, רכיבים עומדים בפני תנודות טמפרטורה קיצונית, ממאות מעלות צלזיוס תחת אור שמש ישיר קור עמוק בליקויאק תקין, סוללות תרמיות, טמפרטורות חום, אופטיות, מאבדות גדולות כמו גם חומרים מתפתלים, או ממתכתיים, כמו גם על פני שטח קטן יותר, או ממתכתי משקל נמוך יותר, או ממתכת, רק על פני שטח חם יותר, כמו גם על פני שטח איטי יותר, כמו גם על פני שטח חשמלי נמוך יותר, כמו גם על פני שטח חם יותר, או ממתכתיכות, או ממתכתי משקל נמוך יותר, או ממתכתי משקל נמוך יותר, או ממתכת שטוח, על פני שטח בהיר יותר, על פני שטח חם יותר, רק על פני שטח בהיר יותר, על פני שטח בהירה, או ממתכת שטוח, רק על פני שטח קטן יותר, על פני שטח בהירה, על פני שטח בהירה, על פני שטח.

מגבלות אלה הניעו גל של חדשנות ברכיבי בקרה תרמיים מיניים.מהנדסים פיתחו מכשירים חדשים וחומרים ששומרים על יציבות הטמפרטורה תוך שמירה בתוך המסה המחמירה, נפח ומגבלות הכוח של ננוסטליטים. מאמר זה חוקר את ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיות ניהול תרמיות אלה, ההשפעה שלהם על ביצועי המשימה, ואת ההוראות המבטיחות שיאפשרו אי פעם חללית קטנה יותר.

מדוע בקרת התרמומלית היא קריטית עבור ננוסטליטים

קיצוניות טמפרטורה במסלול כדור הארץ נמוך (LEO), שבו רוב ה- CubeSats פועלים, יכולים לנוע בין-65 מעלות צלזיוס בצד האפל ל- +120 מעלות צלזיוס כאשר מוארים לחלוטין.חום הפנים מסוללות, רדיוים ולוחות עיבוד יכולים לדחוף טמפרטורות אפילו יותר גבוה.ללא רגולציה פעילה, תנודות אלה יכולות לגרום לכשלים: סוללות ליתיום-יון-יון-ריון או סיכון, חיישנים רגישים כגון מצלמות אינפרא אדום או תמונות מעוות גבוהות יותר, ועופות, או מחוספס, או מחוספסים, או מחוספסים, או מחוספסים, או מחוספסים, כגון סוללות אחוריים, כגון מצלמות אבטחה, או מפולטרה-אדום, או מסובכות דם, או מסובכות דם, או מסובייקטומטיים, או מסובייקטומטיים, או מסובייקטומטיים, או מסובייקטומטיים, או מסובכים, כגון מצלמות אבטחה, או מסובייקטומטיים, או מסובייקטיביות, או נתונים מסובכים על גבי סטרייקטומטיים, או מסובייקטומטיים, ומוצרים מסובייקטנטים חוזרים ונמכרומים, חומרים מסובכים, ו

האתגר של בקרת התרמית מורכב על ידי גורם בצורת קוביית A 1U CubeSat (10×10×10 ס"מ) יש שטח משטח של רק 600 ס"מ2 - חלק ממה שלוויינים גדולים יכולים להשתמש עבור קרינה חום.בינתיים, ניתנות חשמל בלוויינים קטנים מודרניים גדל כמו עומסים חלקה של מחשוב חלקה ושיעורי נתונים גבוהים יותר בלבד, כגון צבעים ורדיוורים, לעתים קרובות לא מספיקים, כדי להוסיף אנרגיה יעילה, או מורכבות, כך, כך, יש צורך רדיואקטיבית, או יותר, יש צורך משולבת, או יותר, כך גם תכונות מורכבות יותר, או מורכבות יעילה יותר, ולכן, גמישה, ולכן, גמישה, יש צורך, כך, גמישה, יש צורך.

חידושים ב-Miniaturized Thermal Components

בעשור האחרון, כמה כיתות של מכשירים מיקרו-תרמיים הופיעו כי נועדו במיוחד לסביבה הננו-סולית.מרכיבים אלה מנצלים התקדמות במיקרו-שחיקה, בחומרים מדע, וייצור תוספים כדי לספק תחבורה יעילה של חום, דחייה, אחסון עם נפח מינימלי ומסה.

צינורות מיקרו-Loop Heat (Micro-LHPs)

צינורות חום לולאפס (LHPs) כבר בשימוש זמן רב בחלליות גדולות יותר עבור העברה פסיבית, שני-phase חום. הם מסתמכים על כוחות capillary במבנה וויקינג כדי להפיץ נוזל עבודה, העברת חום ממחצב (כניסה למקור חום) למיקרו- 50 ליטר בלבד (מצטבר לרדיונר) קומפקטית (מתאים למיקרו-L) רק 10 ס"מ"מ"מ"מ בגודל של צריכת חום) עם מיכל בגודל של 10 ליטר חום בגודל של 10 מגובה של חום (מ"מ) ו- 30 מעלות צלזיוס) קומפקטית) קומפקטית) קומפקטית של כל מנה אחת, 000 קומפקטית של צריכת חום (מ"מ"מ"מ-125, 000) קומפקטית של צריכת חום) קומפקטית של 10 מגובה של כל מנהרה (מ"מ- 10 קומפקטית של צריכת חום) עד 10 מגובה, 000 קומפקטית של צריכת חום) עד 10 מגובה עם מיכל בגודל של צריכת חום (מ- 10 שעות בלבד, 000 קומפקטית של צריכת חום) עד 10 מגובה של צריכת חום) עד 10 שעות) עד 10 מגובה של צריכת חום) עד 10 מגובה של צריכת חום) עד 10

ההתפתחויות האחרונות כוללות את המיקרו-LHPs המסלקים את הסיכון של דליפת נוזלים עובדת, ואת מבנים צמחיים בהשראת ביולוגית שמשפרים ביצועים כבירה.חברות כמו מכשירים מתקדמים וקבוצות אקדמיות באוניברסיטאות כגון Purdue ו UCLA הוכיחו מיקרו-LHPs ישירות למסלול.

(FLT:0)External Link: FLT:1 של נאס"א תוכנית טכנולוגיית החלל הקטנה של נאס"א פרסמה סקירה של מושגים קירור מיקרו-שניים-phase עבור CubeSats. (https: www.nasa.gov/Smallsat-institute)

מיניאטורי רדינר עם מתקדם

רדיאטורים הם הכיור החום האולטימטיבי עבור חלליות, אבל עבור CubeSats, כל ספירת סנטימטר רבועים עיצוב רדיור להתמקד על ניידות אינפרא אדום מוגברת תוך צמצום של אבסרטוטיביות סולארית. חומרי ציפוי חדשים, כגון אלה המבוססים על מערך צינורות פחמן ננו-tube או לוחות עתירי גבוה יחסית, להשיג ערכי השליחות של 0.95 או גבוה יותר תוך שמירה על סולרי רוח מתחת ל -2 כוכבים אלה.

התקדמות בולטת נוספת היא השימוש ברדינים פורסים.אלה מקודדים במהלך ההשקה ולאחר מכן ללא תוספת במסלול, מתן אזור קורנינג נוסף ללא הגדלת נפח הנטוע.דוגמאות כוללות צירים בצורת-זיכרון כי מתקפלים, ופריחה מנופחים אשר מרחיבים את קפטון-מימדיום-טווח בדיקות רדיו (JPL) שפותחו את ה-Ralirifive F:0riple for a SpaceSliration for a CAMP-Rür-R23-R) אשר מרחיבים את ה-RPT-RPTS (RCR-RUS) ל-RCR-RCR-RPTS) אשר מרחיבים (RCR-RCR-RUS) כדי ל-RCR-RMRICO-RCR-RCR-RCR-RMRICOD-RUN) ל-RMRICO-RCR-RUND-RUS) ל-RMRICOSTER (RMRICO-RCR-RUND-RCR-RCR-RCR-RCR-RCR-RCR-RCR-RCRD-RUN) ל-RUN) ל-RUN RAMP

(ב) ניתן למצוא קישור מיוחד: [1] (FLT:1) סקירה מפורטת של טכנולוגיות רדיור מבוזרות עבור לווינים קטנים ניתן למצוא בכתב העת FLT:2 (מעשיה אסטרונאוטיקה FLT 3: 3 (https: www.sciencedirect.com/joura-astronautica)

חכם Multi-Layer Insulation (MLI) עם חיישנים Embedded

בידוד רב-שכבות מסורתיות (MLI) מורכב משינוי שכבות של סרטים וחליפים רפלקטיביים.עבור ננוסטליטים, לעתים קרובות קשה להשיג מגע הדוק עם צורות רכיב מורכבות, המוביל להידרדרות ביצועים. Smart MLI משלב חיישנים טמפרטורה דק-סרט, חיי חום ו אפילו תנורי חימום גמישים ישירות לתוך השכבות.

Smart MLI יכול להיות מוגדר כדי להתאים באופן אוטומטי את התכונות המבודדות שלה על ידי, למשל, לנפח שכבות חלל כדי להגדיל את ההפרדה במהלך תקופות קרות, או לנפח אותם כדי לקדם הפיכה קורנטיבית במהלך תקופות חמות. חלק מהעיצובים משלבים חומרים רגישים משתנים - כגון פולימרים אלקטרו-סכרומטיים או רכוב אנתיום תרמוכרומי - שמשנים את המולד שלהם בתגובה לטמפרטורה או למתח זה מאפשר לשרירים של CbeSred (בדר) ל- CART (בדרדרומיים (ב- CART) ל- CART) ל-Credic VCC (קועקוע"תיקים) ללא אסטוורקולאריים) או מערכת VCC) של פחמן DRACredic VRACredic V.

חומרים לשינוי שלב (PCMs) עבור Thermal Buffering

שינויים בשלב חומרים סופגים או משחררים כמויות גדולות של חום מאוחר במהלך התכה או הגשמה. ב nanosatellites, אשר ניסיון הדופק חום קצר אך אינטנסיבי מגבר כוח או כלי מדע, מודול PCM קטן יכול לייצב את הטמפרטורה של מרכיב קריטי במשך דקות עד שעות.התקדמות עדכנית מתמקדת בהפחתה של שעווה או סגסוגת של חום (למשל, גלימה הגיונית), גרף 5 ק"ג') כדי למנוע את האלומיניום / קיבולת חום (J10) או חום (Ric) קיבולת חום (Ricial) או MRI) קיבולת חום (R) היא 150) חום (J10) חום מורכבת של קיבולת חום (Riclifacktice) כדי לשפר את האלומיניום (Ricial) או קיבולת חום (Ricial) קיבולת חום (Ricial) קיבולת של חלבון חום (R.com) קיבולת חום (R.com) קיבולת חום (R.com) קיבולת חום (מ-J10) הוא 150) הוא 150.com) קיבולת חום מורכבת של חלבון חום של חלבון חום של חלבון חום של חלבון חום של חלבון חום (R.com) כדי לשפר את האלומיניום (R.

חידוש נוסף הוא השימוש מתגים תרמיים מבוססי PCM: כאשר PCM מתמס, הוא מתרחב והופך מגע עם כיור חום, הופך פער עמידות גבוהה לתוך נתיב תרמי של תגובה נמוכה.זה מאפשר מעגלים להיות מבודדים בעמידה וביעילות בשילוב עם פעולה גבוהה כוח, כמו FLT:0 HeatCraftphtphal 1 ומעבדות אקדמיות ב 10 דקות של פחות מ"ק"מ של טיפול מחשביאט"ט.

השפעה על הביצועים של המשימה ננוסטליט

השילוב של רכיבים תרמיים מיניים אלה היה השפעה ישירה וניתנת למדידה על האמינות, תוחלת והיכולת של ננוסטליטים.מיסיונרים שפעם היו צריכים להגביל את כוח המשכורות רק כמה וואט יכולים עכשיו לתמוך בדרישות שיא של 50-100 W ללא SAR ארוך (לדוגמה, FLT:0I-ScoutphFLTs) 12:1U, שילוב נמוך של נפח מים חמים של קרינת WSAR (R) לשימושים סטנדרטיים סטנדרטיים במיקרוסקופיים ללא קיבולת נמוכה יותר מ-R.

בתחום המדעי, המשימה (FLT:0)CXUBirSofLT (CubeSat X-ray Ultra-Bright Source) הושקה בשנת 2022, משתמשת בשמיכה חכמה עם תנורי חום מוטבעים כדי לשמור על צוואת אבץ קדמיון (CZT) במודולים PC בדיוק 20 מעלות צלזיוס, חיוני לרגישות gma-ray.

היתרונות של אחריות הם גם משמעותיים.היוזמה של לוויינים קטנים (SSRI), המנוהלת על ידי תאגיד התעופה, ניתחו מעל 200 משימות קובש, ומצא כי כשלים תרמיים היוו 30% מכלל האנומליות לפני שנת 2018 Post-2020 (לאחר אימוץ של מיקרו-שותפים מתקדמים), כישלונות תרמיים ירדו לתחת 15%.שיפור זה מיוחס לשימוש של חום פסיבי, לא-מובל והגנת מחשבים מבוססת.

(FLT:0) קישור חיצוני: 1FLT:1 המרכז של תאגיד החלל למדיניות חלל ואסטרטגיה מפרסם דוחות על אמינות קובש (https: QAerospace.org/Publications)

כיוונים עתידיים ב-Miniaturized Thermal control

למרות התקדמות משמעותית, התחום הוא רחוק מבוגר.כפי שננוסטלים גדלים בגודל (למשל, 16U, 27U) ולוקח תפקידים תובעניים יותר - כגון הדמיה אופטית ברזולוציה גבוהה, תקשורת לייזר ומשימות בין כוכביות - צרכים תרמיים ימשיכו להסלים.

NNNNחומרים מבוססי רדיטורים

ביצועי הרדיטור מוגבלים ביסודו על ידי היכולת של החומר פולט אור אינפרא אדום.ננו משטחים מובנה - כולל מחסומים של צינורות פחמן, סרטי תחמוצת גרפן, וננו ספאם זהב - יכולים להשיג ליד גוף שחור (>0.99) על פני ספקטרום תרמי כולו (3–30 מיקרומטר) ניתן לגדל ישירות על אלומיניום ו substrates באמצעות אלקטרו-Fird אלקטרו-חמצני נמוך יותר מ , 000 000 000 000 000 000 צהובה בממוצע, 000 צהובה 4.

רדיטיבי קולינג (Below Ambient)

רעיון חדש מסקרן הוא קירור רדיטיבי פסיבי המנצל את השקיפות של האווירה של כדור הארץ בחלון 8-13 μm.חומרים פולטים באופן סלקטיבי בלהקה זו יכולים לקרינה חום לחלל החיצון גם תוך התמודדות עם סביבה עוינת.עבור ננוסטלים ב- LEO, חומרים כאלה יכולים לספק קירור מתחת לטמפרטורה הממוקדת של החללית, תוך מחיקת הצורך בתרמואלקטריקפית או פעיל עבור כמה קריקטורים סטנדרטיים של סרטים, בעוד שעדיין נמצאים על ידי ברקלי, כמו למשל, כמו לוחות סטנדרטיים, יכולים לספק קירור של מעבדה דקים, בעוד שעדיין, כמו למשל, על ידי רדיודקנים, בעוד שעדיין, על ידי רדיודקנים של 15, על ידי רדיודקנים סטנדרטיים, על ידי רדיודקנים, על ידי רדיודקנים סטנדרטיים, 000, על ידי רדיודקנים, על ידי רדיודקנים, 000, על ידי רדיודקנים, על ידי רדיודקנים, על ידי רדיודקנים סטנדרטיים, יכול לספק קירור של סטרואידים סטנדרטיים, 000, 000, יכול לספק קירור של סטרואידים סטנדרטיים, כמו גם על ידי רדיודקנים סטנדרטיים, 000, 000, 000, יכול לספק קירור של סטרואידים סטנדרטיים, 000, 000, 000, 000, 000,

ייצור תוספתי עבור מערכות אינטגרטיביות

טכניקות הדפסה 3D מאפשרות ייצור של רכיבי ניהול תרמיים מונוליטיים המשלבים צינורות חום, קורנטורים, ואלמנטים מבניים לחלק אחד.אבקת לייזר היתוך (LPBF) יכול לייצר מבנים לטאיצ'ה עם יחס שטח גבוה של שטח 3 עד בינוני עבור כיור חום קטן (Riclecastt) או ערוצים פנימיים מורכבים כי הפונקציה כמו צינורות מיקרו-פרלופ (micro-FLTs) של הסוכנות האירופית:0aples 325i) היא בדיקה משולבת (RicertaFSTFlasticated) היא צמצום זמן הדפסה 3D2D) ו-RECRECR) אשר יכול להפחית את ה-RECRECR (REC2D (R) עבור צינורות חום (R) אשר יכול להפחית את הדליפה 3D2D) אשר יכול להפחית את הדליפה 3D2D) אשר יכול להפחית את ה-RECR.

« תזמון עצמי: Thermal Interfaces

חומרי ממשק תרמיים (TIMs) - המשמשים לגשר על פערי מגע בין מקורות חום וטביעות - יכולים להידרדר לאורך זמן בשל רטט, רכיבה על אופניים תרמיים, או תנאי ואקום. חוקרים מפתחים טימונים עצמיים המשלבים מיקרו-קלוטים של סגסוגת דלת-מייל או מתכת נוזלית.

מסקנה: עידן חדש עבור ננוסטליט ניהול הירומאל

רכיבים בקרת תרמיים זעירים עברו מהרעיון למציאות, מספקים מעצבים ננוסטליט עם ארגז כלים של פתרונות יעילים שמתאימים לגורם הצורח המחמיר של צינורות חום מיקרו-פרלופ, קורנטורים מבוזרים חכמים, חכם MLI, ושינויים בשלב זה חומרים אינם יותר ניסיוניים - הם אלמנטים סטנדרטיים יותר ויותר על ארכיטקטורות מוכחות לטיסה.

במבט קדימה, הפיתוח המתמשך של ננו-חומרים, ייצור תוספים וקירור רדיטיבי פסיבי יכווץ עוד יותר את הגודל והמשקל של מערכות תרמיות, המאפשר אפילו חללית קטנה שאפתנית יותר.כפי שטכנולוגיות אלה מסדירות את התעשייה, המסחר הישן בין גודל לווייני לבין יכולת תרמית ישחזר, פתיחת הדלת עבור ננוסטלטים לקחת משימות שנשמרו פעם עבור פלטפורמות מרובות-הונד-מחדש.