Table of Contents
Redefining Thermal Boundaries: The Challenge of Reusable Landers
השאיפה להקים נוכחות אנושית מתמשכת על הירח ועל מאדים תלויה ביכולת קריטית אחת: שקיפות. בניגוד למשימות צילום אחת של עידן אפולו, על הקרקעות של מאדים לטוס מספר פעמים, לשאת מטען וצוות בין מסלול לבין פני השטח.השינוי הזה מציב דרישות יוצאות דופן על כל מערכת תת-מערכת, ואף אחד לא סלחן יותר מהעיצוב התרמית של שליטה תרמית.
שם מקור: Moon vs. Mars
כדי לעצב מערכת בקרה תרמית (TCS), מהנדסים חייבים קודם כל להטמיע את סביבות האכזריות שהאדמיר יתמודדו. הירח ומאדים מציגים נופים תרמיים נפרדים אך תובעניים באותה מידה.
ירח קיצוני
הירח חסר כל אווירה סבירה, כלומר אין טבול נגד קרינה השמש או קר של חלל עמוק.יום ירח אחד נמשך כ-14 ימי כדור הארץ, שבמהלכו הטמפרטורה פני השטח של המשווה יכול לסייר למחזור השמש:012 ° CFLT 1 שווה עונש שווה הוא 14 יום הירח, כאשר הטמפרטורה של כדור הארץ ניתן להזיז עד 300 מעלות צלזיוס, 000 זה חייב לשרוד את השטח המבני של כדור הארץ הזה ללא כל כך גדול, הוא חייב לשרוד על פני השטח של מחזורי אור השמש, אם הוא גדול ביותר של מחזורי מים חמים, בין 300 עד כה גדול, 000 C2 עצום, 000 הוא חייב לשרוד על פני השטח הוא אחד, 000 רוחב 1 עד 1 ליטרים, 000 הוא שווה, 000 רוחב 1 עד 1 שווה, 000 רוחב 1 שווה, 000 הוא שווה, 000 הוא שווה, 000 הוא שווה, 000 זה הוא שווה, 000 זה חייב להיות רכה זה הוא שווה ערך, 000 רוחב 1 עד 1 עד 1 ליטר מים חמים של כדור הארץ, 000 רוחב 1 עד 1 שווה, 000 רוחב 1 שווה, 000 הוא שווה, 000 רוחב 1 שווה ערך זה חייב לשרוד על פני השטח של כדור הארץ, 000 הוא שווה, 000 הוא שווה, 000 הוא שווה, 000 רוחב 1 שווה, 000 רוחב 1 שווה ערך זה חייב להיות שווה,
מגוון מאדים
מאדים, בעוד מתון יותר, מציג סיבוכים משלו.האווירה הדקה, פחמן-די-חמצני עשירה מספקת בידוד תרמי, אבל זה גם יוצר מזג אוויר דינמי. טמפרטורות היום בקו המשווה יכול להגיע לאטמוספירה נעימה:020 מעלות צלזיוסFLT:1, אבל זה הופך איטי יותר בלילה של צריכת חום כדור הארץ, אך חום ארוך-זמן-זמן-זמני פחות מ-125 מעלות צלזיוס:2-FLT 3, אשר יכול להגיע לסופה חום, אשר יכול לפחמימין, אשר יכול לחסום, רק שבועות, למעט יותר, חום-עולמי, אך ורק למזג אוויר חום-עולמי, אך ורק למזג אוויר בלתי צפוי, הוא גורם למזג אוויר חם יותר, אך ורק לאטמוספירה, הוא גורם למזג אוויר, רק למזג אוויר חם יותר, חום, אך ורק לאטמוספירה, חום, חום, חום-עולמי, אך ורק למזג אוויר חם יותר, חום-עולמי, הוא גורם למזג אווירי, אך ורק למזג אווירי, חום-אווירהחלץ חום-עולמי, הוא גורם פחות מקשה יותר, חום-עולמי, אך ורק לאטמוספירה, הוא גורם לאטמוספירה של כדור הארץ, הוא פחות ממרחק של פחות, הוא פחות, חום- 1- 1- 1- 1- 1
אסטרטגיות בקרת יסוד
שום טכנולוגיה אחת לא יכולה להתמודד עם מגוון רחב של תנאים. A מוצלח TCS עבור מקרקעין הניתנים לחזרה מעסיק ארכיטקטורה היברידית שכבתית, המשלבת מערכות פסיביות ופעילות.
מערכות פאסיביות: קו ההגנה הראשון
שליטה תרמית פסיבית אינה דורשת חלקים נעים או חשמל, מה שהופך אותו אמין מטבעו.
- (הופנה מהדף MLIOVA):0 (Multi-Layer Insulation) (MLIOVA): 1 Blankets of Changenating Reflective Fallsive and low-conduct Spacers. MLI הוא יעיל מאוד בצמצום העברת חום רדיואקטיבית בין הצד הפונה לשמש החמה לבין הצד הקר של החלל הפונה של כלי רכב הניתנים להחלפה, MLI חייב להיות מחוספס נגד מוחה ונחמה במהלך הנחיתה.
- (FLT:0) Thermal Coatings ו-Radators:BuildFLT:1) העור החיצוני של המקרקעין מטופל עם ציפויים השולטים באימפולסיבית הסולארית והפלט אינפרא אדום.לבן או כסף מעכב חום סולארי, בעוד ציפויים שחורים עוזרים להשליך חום פסולת.
- חומרים אלה (PCMs): ההרחבה 1 (חומרים אלה סופגים ושחרר אנרגיה תרמית כפי שהם מתמסים ומחזקים בטמפרטורות ספציפיות. Paraffin שעווהes ומלח לחות הם אפשרויות נפוצות. במהלך היום הירח חם, PCM סופג חום כפי שהוא מתמס, שמירה על הפנים קרירות.
- (FLT:0) Heat Switches ו- Themmal Fits:cioFLT 1 רכיבים אלה מאפשרים למהנדסים לשלוט בנתיב ההתנהלותי בין מקור חום (כמו גנרטור רדיואיזוטופ תרמואלקטרי) לבין כיור חום (כמו רדיור), המבטיח כי אלקטרוניקה רגישה תישאר בטווח התפעולי שלהם.
מערכות פעילות: Precision and Power
כאשר שיטות פסיביות לא יכולות לשמור על טווח הטמפרטורה הנדרש, מערכות פעילות משתלטות על כוח, בקרה על אלקטרוניקה וחלקים נעים, ומציגות נקודות כשל פוטנציאליות שיש לנהל באמצעות ריצוף.
- (FLT:0) תנורי חשמל:FLT:1 השיטה הפעילה הפשוטה ביותר.חום עמידים ממוקמים על טנקים, סוללות, וקופסאות avionics כדי למנוע מהם הקפאת במהלך תקופות קרות.
- (FLT:0) מאצ'ר שאיבה פלויד לולאות (MPFLs): משאבה 1 A מופצה נוזל עבודה (לעתים קרובות תערובת של מים ו propylene glycol) באמצעות לולאה סגורה.נוזל מרים חום מאלקטרוניקה ומקרר אותם, ואז נוסע לרדיור חיצוני שבו החום נדחה לחלל.
- (FLT:0) צינורות היבול: 1FLT (המכשירים הפסיביים-לאקטיביים האלה משתמשים במבנה וויקוויק ובשינוי שלב להעברת חום בצורה יעילה ביותר: צינור חום יכול להעביר מאות וואט מעל מטר עם ירידה טמפרטורה של רק כמה מעלות. עבור משחת אדמה, צינורות חום משתנים (VCs) מציעים יתרון נוסף: הם יכולים להסדיר באופן אוטומטי את החום שלהם על בסיס טמפרטורה חכמה, כמו גם חום פעיל.
- (FLT:0) קריגורים: 1FLT) עבור מכשירים הדורשים קר קיצוני (כגון חיישנים אינפרא אדום או עומסים מדעיים מסוימים), כיורים ייעודיים נדרשים.מערכות פעילות אלה יכולות לייצר טמפרטורות מתחת ל-200 מעלות צלזיוס, אך הם צורכים כוח משמעותי ויש להם חיים תפעוליים מוגבלים, אתגר מרכזי לשימוש חוזר.
גורם האחריות: תכנון לשומן ותחזוקה
כוח הכדאיות מאלץ מהנדסים לחשוב מעבר למשימה יחידה.א.ר. שצריך לטוס 10 או 20 פעמים מול בעיות שאינן ניתנות למניעה של רכב חד-כיווני.
אופניים חמים וחומרי שומן
כל נחיתה ומחזור אסטרנט נושאים את המבנה של הקרקע וחומרה תרמית כדי תנודה מהירה, גדולה של טמפרטורה טמפרטורה טמפרטורה טמפרטורה טמפרטורה גבוהה. זה חומרים רכיבה תרמיים כדי להרחיב ולחוזה. מעל מחזורים רבים, זה מוביל micro-cracks במפרקים מוכרים, דלמנציה של שמיכה MLImus, ועייפות במבנים מתכתיים זה, מהנדסים נבחרים עם חומרים תואמים הדוק של התרחבות תרמית (CTE) הם מקבצי פחמן-מפרקים שונים, כמו גם ממולקולות, כמו גם ממולקולות מורכבות יותר, כמו גם ממולקולות.
מודולריות וזמינות
על דוכן ניתן לשמור על קשר בין משימות.מערכות תרמית קשה לשמצה לגשת כי הם קבורים לעתים קרובות עמוק בתוך הרכב.הפתרון הוא מודולריות. צינורות חום ו לולאות נוזל נועדו עם חיבורים מהירים כדי כי פאנל קרינה פגומה או מודול משאבה ניתן להחליף בתוך שדה על פני הירח או מאדים זה דורש כי ניתן להפעיל ניתוק רובוטי יכול להיות מופעל על ידי מיכל רובוטי או אבק רובוטי יכול להיות להחליף אותו.
רדונדנסיה וגרייסנס
כלי רכב שניתן ליישב, נקודה אחת של כשל במערכת התרמית אינה יכולה להיסבל מהנדסים ליישם את ה-FLT:0dual-redundant Reusable Reverse Reusable Recontance FLT:1 או אפילו FLT:2triple-undantantant (FLT: 3) מעגלים חום, עם משככי חשמל עצמאיים ובקרים.
מודלים, סימבול ובדיקה: הסתברות גבוהה
לפני שארץ עוזבת את כדור הארץ, יש לאמת את העיצוב התרמי שלה באמצעות מודלים ובדיקות ממצה.
מודל שולחן העבודה והבסיס הפיננסי
מהנדסים בונים מודלים דיגיטליים מפורטים של כל היבשה, חלוקתה לאלפים של צמתים תרמיים.כל אחד מהם מייצג חתיכה פיזית של הרכב: סוללה, טנק, פאנל קורנטור.המודל פותר את מאזן החום עבור כל צומת, חשבונאות עבור התנהגות, קרינה, ודור חום פנימי.
בית הספר Thermal Vacuum (TVAC) Chambers
אין מודל שלם ללא בדיקות פיזיות.הקרקע או תת-מערכתיות הגדולות שלו ממוקמות בתא ריק תרמי המדמה את הריק של החלל ואת העומס התרמי של השמש ואת החלל העמוק.קירות התא מוצבים עם שחצים קרירים בכזוגנים כדי לספוג חום מקרינה, בעוד מנורות קוורץ או סימולטורים סולאריים מספקים את השמש האינטנסיבית.
בדיקות חיים
כדי להוכיח כי קרקע יכול לפעול במשך 10 שנים, מהנדסים לבצע בדיקות חיים מואצות על רכיבים תרמיים קריטיים. צינורות חום מופעלים ברמות כוח גבוהות יותר ותחת טמפרטורות קיצוניות יותר מאשר הם יחוו בטיסה. PCM canisters ממוחזרים באמצעות אלפי מחזורי היתוך כדי לבדוק את ההשפלה החומרית או הכשל של משאבה פלויד מופעלים עד שהם לובשים, לספק נתונים על זמן בין כישלונות (MT הוא אופטימיזציה לדגמי תחזוקה לאחור כדי תחזוקת נתונים).
חידושים שמציינים את הדור הבא של לנדרסים הניתנים לחזרה
מספר טכנולוגיות מתפתחות מבטיחות להפוך את הכורים לצומחים יותר, יעילים יותר, ועמידים יותר.
שינויים מתקדמים
ניסוחים חדשים של PCMs מציעים מוליכות תרמית גבוהה יותר צפיפות אנרגיה גדולה יותר. Paraffins מבולבל עם קצף גרפיט או מתכת matrices יכול להמיס ולהחזק הרבה יותר מהר, מתן יותר נפיחות תרמית תגובה יותר. סול-hydrate PCMs, המציע חום מאוחר יותר לקילוגרם מאשר פרפרנים, הופכים יציבים יותר ופחות נוטים סופרקולקטים, מה שהופך אותם קיימא עבור יישומים בחלל ומשטח.
לולאת חום צינורות ו Capillary Pumped Loops
אלה הם צורות מתקדמות של צינורות חום שיכולים להעביר חום על פני הרבה מטרים ללא חלקים נעים.הם משתמשים פעולה capillary ב wick אדום דק כדי לשאוב את נוזל העבודה, מה שהופך אותם פסיביים מאוד אמין מאוד.לא צינורות חום כבר בשימוש על כמה לווייני מים אוביט, ואת היישום שלהם לקרקעות מפותח.הם מציעים את היכולת לאסוף חום ממקורות מרובים ועוזה באמצעות פאנל קלוש, דק.
ניהול אוטונומי ותיאומים דיגיטליים
(FLT:0) מערכות ניהול תרמיות תרמיות של ניהול תרמיים (FLT:1) משתמשות באלגוריתמים למידת מכונה כדי לחזות עומסים תרמיים ולהתאים הגדרות חום, מהירות משאבה, וקביעת עמדות בזמן אמת, ללא קלט אנושי.זה מקטין את צריכת החשמל ומרחיב את חיי החומרה. A קשור קונספט הוא FLT:2דיגיטלי של תאוםFLT 3: מודל חישובי מתמשך של הקרקע המתאם ישמיד עם אסטרטגיות מתקדמות של חיישן אמיתי.
אחסון אנרגיה על פני השטח
במהלך הלילה הירחי הארוך, כוח השמש אינו זמין.מערכות אחסון האנרגיה הירומאלית (TES) מפותחות לאחסון חום סולארי שנאסף במהלך היום ושחרר אותו בלילה כדי כוח מנועי סטרלינג או גנרטורים תרמואלקטריים.מערכות אלה משתמשות במחשב עתירי זמן גבוהים או מלחי מלוטש לאחסון אנרגיה תרמית בטמפרטורות מעל 500 מעלות צלזיוס, ומאפשרות דור חשמל מתמשך וחיסול הצורך הכבד בשלב זה עדיין יכול לשרוד את משחקי היבשה.
מסקנה: הנדסה לעתיד קיצוני, אמין
תכנון מערכת בקרה תרמית עבור כדור ירח או מאדים הוא אחד האתגרים הנדסיים התובעניים ביותר בטיסה חלל אנושי.זה דורש הבנה עמוקה של שתי סביבות שונות מאוד מחוץ לכדור הארץ, מאסטר של הן טכנולוגיות תרמיות פסיביות ופעילות, ופילוסופיה עיצוב כי עדיפות החוסן, שמירה על יכולת חיים, ושפל חינניח על פני השטח הארוך.