תכנון מערכות בקרה תרמיות אמינות הוא דרישה בסיסית להצלחה של משימות חלל ארוכות טווח, אשר עשוי להימשך שנים או אפילו עשורים. המערכות האלה אחראיות על שמירה על חלליות וכליהן בטווחי טמפרטורה מחמירים, לעתים קרובות במחזורים החמים והקורים הקיצוניים של חלל עמוק, משטחים פלנטריים, או מסלול הנדסת כדור הארץ נמוך משפר את עמידותם של משימותיהם על ידי מתן אפשרויות גיבוי במקרה של כשל, טמפרטורות חום, או אלקטרוניקה, או אלקטרוניקה מתקדמת, יכול להיות לחקור אתגרים קריטיים, ללא שינוי האקלים, או אלקטרוניקה, או אלקטרוניקה, ללא שינוי האקלים, או אלקטרוניקה יציב, או אלקטרוניקה, עם קווי ניהולי חירום, עם מערכות ניהול אווירי אקלים יציבים, או אלקטרוניקה יציבים.

התפקיד הקריטי של רדונדנסיה בשליטה

משימות ארוכות טווח – כמו אלה למאדים, כוכבי הלכת החיצוניים, או חגורות אסטרואידים – מציגות אתגרים ייחודיים כי תחזוקה או תיקונים בטיסה הם לעתים קרובות בלתי אפשריים. כשל חד-פקוד במערכת בקרה תרמי יכול להוביל לאובדן קטסטרופלי של חללית או משימה abort. Redundant תרמי מערכות באופן אוטומטי לקחת על עצמו אם מרכיב ראשוני נכשל, להבטיח טמפרטורות יציבות עבור תשלומים רגישים, תמיכה, חיים, מבנית ושלמות מאפשר גם קיבולת נמוכה יותר מאשר יכולת רכה.

לדוגמה, תחנת החלל הבינלאומית (ISS) מסתמכת על מערכת בקרה תרמית מורכבת עם לולאות מרובות, משאבות ורדיוators.כל לולאה יש משאבות שניתן להחליף במסלול. בדומה, בדיקות חלל עמוקות כמו החללית וויאג'ר, עכשיו יותר מ-45 שנים למסע שלהם, תלוי בגינרטורים תרמואלקטריים רדיואיזוטופים (RTGs) ובקרת תרמית עם מעגלים חמים מגובה חום ארוך אלה הוא תוצאה של הנדסת חשמל.

אסטרטגיות עיצוב עבור Redundant Thermal Systems

מהנדסים מעסיקים כמה אסטרטגיות מוכחות כדי לשלב אדמוניות שליטה תרמי.כל גישה יש עצירות סחר המורכבות, המסה, הכוח והעלות.

מערכות במקביל ומערכת ההפעלה Active Redundancy

יחידות בקרה תרמיות מרובות פועלות בו זמנית, עם החלפת מנגנונים שמפעילים יחידות גיבוי אם נכשלים ראשוניות.לדוגמה, לולאות נוזליות יכולות להיות משאבות כפולה, כל אחת המסוגלות לשמור על זרימה. בקרים אלקטרוניים יכולה לעבור ללולאה משנית קירור אם חיישן הטמפרטורה של לולאה ראשונית נכשל.מערכות ניטור אוטומטיות משתמשות אלגוריתמים של אלגוריתמים של זיהוי תקלות ויזום ללא התערבות אנושית.

אדריכלות מודולרית ומפולגת

שוברים את המערכת התרמית למודולים עצמאיים מאפשר ליחידות בודדות להיות מבודדות, עקפות, או מוחלפות.לדוגמה, מודול בית גידול עשוי להיות אוטובוס תרמי ייעודי משלה עם מודול גיבוי שניתן לעבור למודולים אחרים.העיצוב המודולארי גם מפשט בדיקות ואינטגרציה על הקרקע.מערכת הבקרה התרמית של החללית אורון משתמשת ברדינרים מודולים מודולים שניתן לפרוס באופן אישי או מחוספס.

המונחים: valel Redundancy

מרכיבים מרכזיים כגון משאבות, שסתום, תנורים, חיישנים, ובקר משוכפלים לעתים קרובות בתוך תת-מערכת יחידה. תנורי Redundant להבטיח כי קווי מניעה או סוללות לא להקפיא. חיישנים טמפרטורה רדונדנטית לספק מחזור; אם חיישן סחף, את התאום שלו ניתן להשתמש עבור שליטה.

מערכות פאסיביות ומערכת לוחמה פנימית

שיטות בקרה תרמיות פאסיביות - כגון בידוד רב-שכבות (MLI), חומרי שינוי שלב (PCMs), צינורות חום ורצועות תרמיות - מציעים באופן טבעי כי אין להם חלקים נעים.אם צינור חום אחד נכשל, אחרים במקביל יכול לנתק את העומס חום.שלבי שלב סופגים עודף חום ושחרורו כאשר יורדות, לספק חיץ ללא שליטה פעילה אלה הם מאוד למשך זמן רב-כך.

אתגרים בביצוע מערכות Redundant

בעוד שהבונדנסיות משפרת את האמינות, היא מציגה אתגרים הנדסיים משמעותיים.

הגדלת Mass ו- Volume

כל מרכיב אדום מוסיף מסה, שהיא האויב של משימות חלל בשל עלויות ההשקה. מהנדסים חייבים לנתח בזהירות את העלות-תועלת של כל אלמנט מוקרן. עבור לנדים פלנטריים, המסה היא מוגבלת במיוחד.מחקרי סחר-off משתמשים בערכת סיכונים פרוברליסטית כדי להצדיק היכן ונדנסיכות מניבה את השיפור הגדול ביותר באמינות עבור קילגרם.

מורכבות ומיזוג

רכיבים נוספים מתכוונים ליותר ממשקים, יותר חיווטים, ועוד מצבי כישלונ פוטנציאליים. Verification ובדיקה הופכים קשים יותר - מערכות תת-מערכתיות מחוסמות חייבות להיות מוכחות לעבוד באופן עצמאי ויחד ללא הפרעה.זיהוי תקלות אוטומטיות ולוגיקה התאוששות חייב להיות ממצה ונבדק באמצעות סימולציה.מערכת הבקרה התרמית של החללית ג'ונו, למשל, נדרשת בדיקות נרחבות כדי להבטיח כי מגפי חום לא מעורבים בטעות כאשר החום עדיין מתפקד.

הצלב-ההתנגדות וההתמדה

מערכות רדונדנטיות חייבות להיות מבודדות כדי למנוע כשלון באחד מהפצת בידוד חשמלי אחר., בידוד נוזלי, בידוד תרמי הם כל קריטי. Cross-strapping (שיתוף משאבים גיבוי בין תת-מערכות שונות) יכול להפחית את המסה אך מציג מורכבות בשליטה.מערכת הבקרה התרמית ISS משתמשת בלולאות מלוכדות שניתן לנסח מחדש מהקרקע.

ביקורת: Redundant Thermal Control in Action

Mars Rovers: Curiosity and Perseverance

המורדים מדגימים עיצוב תרמי מגובה אדום.הם משתמשים בשילוב של יחידות חימום רדיואיזוטופ (RHU), תנורי חום חשמליים, צינורות חום חמים. RHUs לספק חום קבוע ללא תלות בזמינות חשמל, בעוד תנורי חשמל נשלטים על ידי thermostats.הרוברים יש חיישנים מרובים בטמפרטורות בכל אזור קריטי, ותוכנה יכולה להחליף אזורי חום קבועים אם חיישן נכשל זה מותר לערעורר אדום הרבה מעבר לסערות שלהם.

מערכת בקרת החלל הבינלאומית Thermal Control System (TCS)

ISS משתמשת בשתי לולאות קירור עצמאיות: לולאה פנימית (מים) לצוות ולציוד חיצוני (amonia) לדחיית חום באמצעות רדיורים.כל לולאה יש משאבות מחוסמות, accumulators, ובקרים.המערכת כוללת לולאות אמוניה חיצונית שניתן למקם מחדש באמצעות שסתום.

תגיות: New Horizons ו-Werak

ניו Horizons, אשר טסה על ידי פלוטו, משתמשת במערכת בקרה תרמית פסיבית בעיקר עם תנורי חשמל ותרמוסטטים אדומים. החללית louvers (פאנלים שניתן לשלוט בדחיית חום) יש מתאמים מחוסנים אדומים. וויאג'ר 1 ו -2, עכשיו בחלל בין כוכבי הלכת, להסתמך על RTGs לעוצמה וחום.כל חללית יש מעגלים חום מגושנים עבור רכיבים קריטיים כמו מדע ומכשירים עמוקים של חללים חמים.

המשימה של הירח: תוכנית ארטמיס

משימות ארטמיס המתקרבות ידרוש שליטה תרמית על פני הירח, שבו הטמפרטורה נע בין -180 מעלות צלזיוס בלילה ל +120 מעלות צלזיוס במהלך היום. הקרקעות הירחיות ובתי הגידול ישתמשו בלולאות נוזל מחוספס עם חומרים של שינוי, משאבות חום, ומקרי קרינה מקרינה משתנה.הפילוסופיה העיצוב מדגישה בין הקרקע והסביבה כדי להבטיח את יכולת התגברות אם מערכת אחת לא תצליח.

מגמות עתידיות ב Redundant Thermal control

(ה) טכנולוגיות מתפתחות מבטיחות לשפר את ההודות תוך צמצום מסה ומורכבות (FLT:0) ייצור מתורבת (FLT:1) מאפשר ייצור של ערוצי נוזל מורכבים וחילופי חום שיכולים לשלב נתיבים מחוסנים למרכיב יחיד.

עבור בתי גידול בין כוכבי הלכת, למשל, על ידי שימוש בפולימרים עצמיים בקווים נוזליים - נמצאים גם בפיתוח, FLT:2shared Redundancy FLT 3 על פני חלליות מרובות (למשל, שיירה של לווינים קטנים) יכולה לספק עמידות ברמת המערכת גם כן, בין היתר, בעלות נמוכה יותר של כלי רכב אדום גדול יותר מאשר בנייה אדומה.

התייחסות חיצונית לקריאה נוספת

  • ◄ [13] [15] [15] [15]
  • ◄ [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • [01:0] מ"א: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) המכון העולמי (PLT:0)Lunar and Planetary Institute - ארטמיס הרמימברס (Artemi Thermaleur)

מסקנה

מערכות בקרה תרמיות אדומות אינן רק מותרות, אלא גם צורך במשימות חלל ארוכות טווח שבו תיקון אינו אפשרי.באמצעות מערכות מקבילות, עיצוב מודולרי, שכפול רכיב ופתרונות פסיביים, מהנדסים מספקים את האמינות הדרושה לעמוד בקיצוניות הבלתי צפויה של החלל.האתגרים של המונים, מורכבות, אימות מטופלים ללא הרף על ידי תכנון חדשני ובדיקה.