אתגר בלתי נראה של שמירה על חום פרוב ב Void

כל חללית, לא משנה כמה רחוק היעד שלה, חייבת לנהל חום.אבל עבור בדיקה בין כוכבית - כלי שיט שנועד לעזוב את ההליוספרה של השמש ולחצה את שנות האור בין כוכבים - שליטה תרמית הופכת לקרב נגד הפיזיקה עצמה.בניגוד לווייני כדור הארץ או מקפת פלנטרית, בדיקה בין כוכבי הלכת לא יכולה להסתמך על חום השמש במשך יותר מכמה שנים של מסע אור השמש שלה, ברגע שהוא פחות ממרחק של כדור הארץ, הוא פחות ממרחק של מהירויות אור שמש.

מאמר זה חוקר את הפיזיקה הבסיסית, חומרים חדשניים, ואת האדריכלות ברמה המערכתית כי מהנדסים מפתחים כדי להבטיח בדיקות בין כוכביות לשרוד - ותפקיד - בתוך כיור חום כמעט מושלם.

מדוע בקרת הירומל היא מערכת תת-או-Break Subsystem for Interstellar Missions

השליטה הארומית על בדיקה בין כוכבית אינה רק על חום.זה על הישרדות המטרה הליבה של המשימה: איסוף והחזרת נתונים לאורך שנות אור.כל רכיב אלקטרוני - מהמחשב לטיסה ועד לטראנס חלל עמוק אל המחצב העמוק אל הספקטרום הגמא-ריי-דמי-חפירים - משתחררים חום.

בניגוד למשימות במערכת השמש הפנימית, בדיקות בין כוכביות אינן יכולות להשתמש בשקעים או להקיף כוכב לכת חם. הן ניצבות בפני מסע חד-צדדי לסביבה, שמבחינה תרמית, הוא בעצם מקרר עם טמפרטורה ליד אפס מוחלט.האתגר הוא כפול: ראשית, כדי לשמור על טמפרטורה פנימית יציבה (בדרך כלל בין -40 מעלות צלזיוס ו- +60 מעלות צלזיוס עבור האלקטרוניקה הממוזמנתה ביותר) למרות טמפרטורות חיצוניות פחות מ- 3 ליטרים לטמפרטורה בינונית (כמו רדיו) מאשר ל-K.

הפיזיקה של החום בחלל אינטרכוכבי

הבנת מדוע בקרה תרמית בין כוכבית היא כל כך תובענית דורשת מבט קצר על שלושת מצבי העברת חום: התנהגות, הדבקה וקרינה. בחלל, הדבקה נעדרת (אין אווירה או נוזל כדי לשאת חום) עדיין מתרחשת דרך מבנה החללית, אך היא מוגבלת על ידי מוליכות תרמית של חומרים.

עיקרון מפתח שני הוא כי חום זורם חם לקור. בחלל עמוק, הסביבה כל כך קר כי כל משטח חם יהיה קורנל חום בחוץ יעילות גבוהה.זה טוב לקירור אבל רע לשמירה על דברים חמים.ללא חימום פעיל, רכיבים כי הם חלשים יחד עם האוטובוס התרמית הראשי יהיה קריר במהירות לטמפרטורת רקע. מהנדסים חייב לכן עיצוב מעגל תרמי שמפיץ חום מן החלקים החמים ביותר (בדרך כלל) ואלקטרוניקה שטוחהחלקים) לתוך קווים אלקטרוניקה קרים (מדומים), אלקטרוניקה, אלקטרוניקה, אלקטרוניקה, אלקטרוניקה, אלקטרוניקה, כלומר, אנטורים) ואווירהחלקים).

שיעורים היסטוריים: כיצד וויאג'ר וניו הורינס ניהלו חלל עמוק

התחקירים המצליחים ביותר בתחום החלל העמוק - Voyager 1 (כיום מעל 160 AU) ו- New Horizons (בעיקר ב-57ML ומעבר) - תקדימים יקרים יותר לשליטה תרמית במרחקים קיצוניים.שניהם משתמשים במערכות חשמל רדיואיזוטופיות המספקות לא רק חשמל חיצוני אלא גם וויאג'ר, שלושת RTG מייצרים כ-2,400 מכוח תרמי, אשר בהדרגה ממרחקים של אנרגיה, ממרחקים, עד 10 שנים של חום, וחום, עד תום, יש צורך לצמצום, אך גם כן, אך גם כן, על ידי תחנת הכוח ה-R.

New Horizons השתמש בגישה דומה אבל עם חידושים חשובים. RTG (יחידת מקור חום מטרה כללי) מספק 240 W של חשמל וכ-2,500 W של חום. מערכת תרמית, בשילוב עם צינורות חום וחום טנק דחף, שמר על החללית בערך 10-20 מעלות צלזיוס במהלך הטחול שלה, כמו גם בדיקה מרחוק מהשמש, כמה מכשירים מדחף מחוזק, אך ורק כדי לספק חשמל פעיל, אך ורק לאחר הקיבולת של פלוטוטוגן, לאחר החוזקה היא קבועה, לאחר החוזקה, לאחר החוזקה של כמה עשורים, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, רק עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, אך ורק כדי לספק חום חזק יותר, עם כוח פעיל, רק כדי לספק חום חזק יותר, רק כדי לספק חום, רק כדי לספק חום חזק יותר, רק עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, רק עם כוח פעיל, לאחר החוזק פעיל, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, לאחר הטנורמחץ חזק יותר, לאחר הטנורמחץ חזק יותר, עם כוח פעיל, עם כוח פעיל, לאחר החוזק קבוע, רק כדי לספק חשמל פעיל, רק

עבור בדיקות בין-כוכביות אמיתיות, עם זאת, דעיכה של אספקת החשמל היא בעיה קריטית. תפוקה RTG יורדת לאורך זמן (בשל plutonium-238-Life של 87.7 שנים ושפל תרמואלקטרי) לאחר 50 שנים, RTG עשוי לשמור רק 60–70% מכוחו התרמי הראשוני. A בדיקה המיועדת למסע של 100 שנים חייב להיות שולי חום ראשוני גדול יותר או לשלב יותר יעיל יותר כמו משאבות חום או חום.

טכנולוגיות בקרת גלקסיות עיקריות עבור Interstellar Probes

מושגים מודרניים עבור בדיקות בין כוכביות - בין אם המפרש של אור כוכב צילום, כלי שיט מונע היתוך, או כלי רכב מופעל גרעיני מסורתי יותר - לבנות על טכנולוגיות קיימות אבל לדחוף אותם למגבלות חדשות.השולחן מתחת לסמס את החומרה העיקרית בשימוש בשליטה תרמית עבור חלל עמוק וכיצד הם חייבים להתפתח עבור מרחקים בין כוכבי.

  • (FLT:0)Multi-Layer Insulation (MLIOVA): תקן 1 עבור רוב החללית, MLI מורכב שכבות של Mylar או Kapton המופרד על ידי Netting. in interstellar, MLI חייב להיות מתוכנן לשרוד מיקרומטראואיד השפעות וקרינה (קרניים קוסמיים ו-UV) עבור חומרים חדשים כמו פולימונים של חום ושמיכות מורכבות יותר מכדי להפחית את הפחתת השפעות מיקרומטר (RIVELG).
  • (FLT:0) יחידות גליקולי (RHUs) ו RTGs:03FLT:1 RHUs הם קטנים plutonium-238 pellets המייצרים בערך 1 W של חום כל אחד, המשמש לשמור רכיבים ספציפיים חם.עבור בדיקות המרת בין כוכביות, מערכות חשמל מתקדמות רדיואיזוטופ (למשל, ממירים סטרלינג) יכול לספק חשמל חום גבוה יותר מאשר תחנת דלק-אווירה מסורתית (D) ל-D.
  • (FLT:0) צינורות היבול משתנה צינורות חום (VCHPs): צינורות חום LT:1 באופן פסיבי להעביר חום מאזורים חמים לקור באמצעות שינוי של נוזל עבודה (למשל, אמוניה או מים) VCHPs להוסיף מאגר של גז לא ניתן למדידה שמשנה התנהגות תרמית כמו הטמפרטורה הקרה משתנה עבור בדיקות מימן או חום מאוד, יש לשרוד צינורות עבודה מתחת לקפאה של צינורות חום חם מתחת לטמפרטורה נמוכה מאוד, אם הם מאוד, אם הם פועלים באופן קבוע, או חום, כי הם מאוד, כי הם נוזל חום, כי הם נוזל חיקרים של צינורות חום, כי הם מאוד, כי הם מאוד, כי הם נוזל חום, כי הם נוזל חיקרים של צינורות חום, כי הם מאוד, כי הם נוזל חיקררחסין נוזל חיקררחסין נוזל חיקרים של צינורות חום, כי הם מאוד, כי הם מאוד, כי הם נוזל חיקררחסין נוזל חיקררחסין נוזל חום, 000 של צינורות חום, 000 חם נוזל חיקר.
  • (FLT:0Variable Emittance Coatings ו- Electrochromic Surfaces: ⁇ FLT:1 במקום להסתמך על גוון מכני (אשר חלקים נעים שיכולים לתפוס), ציפויים מתקדמים יכולים להתאים באופן דינמי כמה קרינה אינפרא אדום הם פולטים.חומרים אלקטרו-כרומטיים לשנות את הנישאות כאשר מתח קטן מוחל, המאפשר את החללית לעבור בין שימור חום וחום.
  • (FLT:0) Thermal Control Louvers:FLT:1 מסורתי bimetallic או שעווה-actuated הם אמינים אך כבדים.עבור משימות בין כוכביות, סגסוגת בצורת משקל-מסמלית (כגון אלה המשתמשים ניטינינול) יכול לספק ניתוח פסיבי, ללא-בטוח עם פחות חלקים נעים.
  • (FLT:0) Heat Pumps and Refrigeration Cycles:FLT 1 למשימות הדורשות טמפרטורות חיישן קר מאוד (למשל, רחוק-infrared או submillimeter אסטרונומיה), מבעוטים מכניים יכולים להשמין חום הרחק מגלאי גלאיים לרדיונר.
  • (FLT:0) חומרים לשינוי (PCMs): ⁇ 1 (PCMs) סופג חום במהלך תקופות חמות ושחרר אותו כאשר החללית מגניבה.עבור בדיקות בין כוכביות, PCMs יכול להחליק טראנסים תרמיים במהלך תמרונים או כאשר מקור הכוח משתנה.חומרים כמו פרפין, מלחים, או פחמן-אירול עם חום גבוה (מפרקים) הם דורשים ספוגים על פני עשרות שנים מאוחר יותר של ספוגים (מדומים) אם כי הם דורשים ספוגים מוגזים זהירים (מדומים).

ארכיון תגיות: Thermal Bus Access

Rather than treating each component individually,מושגים מודרניים של חקר אינטרכוכבית לאמץ פילוסופיה "אוטובוס תרמי" (אוטובוס תרמי) היא רשת של צינורות חום ולוחות קרות המחברות את כל האלמנטים שיוצרי חום (מקור כוח, avionics, משדרים) לרדיור מרכזי.האוטובוס שומר על טמפרטורה כמעט אחידה על פני החללית, בעוד אזור הרדיור הוא בגודל של דחיית חום עמוק.

עיצוב חכם אחד משתמש רדיור שניתן להפריז באופן חלקי.במהלך שלבי המשימה המוקדמים כאשר השמש ממוקמת, הקריין נפתח במלואו כדי להשליך חום עודף.כפי שהמסעות של מחזור חיצוני וחיצוני, אזור הרדינר מופחת (למשל, על ידי קיפול או שימוש בגל מרוטב) כדי לשמר חום פנימי.

תגית: The Break Through Starshot Light Sail

פורצ דרך סטארימפ צופה צי של "starchips" בקנה מידה סנטימטר מונע על ידי מפרשי לייזר אלפא קנטאורי.השליטה הארומית של בדיקות זעירות כאלה (מס < 10 גרם) הוא שונה באופן קיצוני.אין להם RTG; במקום זאת, כוח מגיע משכבה רדיו דק או מהארמנט עצמו במהלך ההשקה.

פתרונות תחת חקירה כוללים:

  • באמצעות חומר שינוי שלב מוטבע שבב כדי לטבול את הספייק הטמפרטורה במהלך האצה.
  • מדביקים את הצד האחורי עם חומר בעל הרשאות הנמוכות כדי למזער את אובדן החום במהלך שלב השייט.
  • עיצוב אלקטרוניקה שפועלת בטמפרטורות Cryogenic (למשל, באמצעות כישוף-CMOS או לוגיקה על-ידי התנהגות) כך שהשבב אינו צריך להיות חם מעל 4K.

הגישה של סטארימפ היא תזכורת לוחמת כי יש להתאים את השליטה התרמית לפרופיל הגודל והעוצמה של כל משימה. A גדול בין כוכבית בדיקה (אלפי ק"ג) ישתמשו באותם עקרונות כמו וויאג'ר אך עם חומרים משודרגים, בעוד שפל מיקרוסקופי דורש מפרש רדיקלי.

חדשנות: החיפוש אחר יציבות ארוכת טווח

בדיקות אינטרכוכביות חייבות לפעול במשך 50 עד 100 שנים, הרבה יותר זמן מכל משימה קיימת בחלל.חומרים המשמשים לשליטה תרמיים חייבים להתנגד להידרדרות מפני קרניים קוסמיות, מיקרומטרואידים, וההאטה של פולימרים באזורי פיתוח מרכזיים כוללים:

  • (FLT:0) High-Temperature MLI עם Zero-Outgassing Layers: ⁇ 1 נוכחי MLI משתמש בסרטים פוליimide (Kapton) שמצמצמצמים תחת אורגז ארוך-מדבקות (V/radiation) ניסוחים חדשים של פוליבנזאזול (PBO) או פוליתר Ether e ketone (PEEK) מציעים עמידות אטומית (D) גבוהה יותר).
  • (FLT:0) פולימרים מוליכים למחצה: ראטמב 1 ( Lightweight ננוקום) עם גרפן או פחמן ננו-tube מלא יכולים לנהל חום כמו גם אלומיניום, אבל עם מסה נמוכה יותר וגמישות רבה יותר.
  • (FLT:0) ,Healing Thermal Coatings:FLT:1 השפעות מיקרומטרורואיד יניבו חומרים בידוד.חוקרים להתנסות עם microcapsules מלאים נוזל כי פרץ על השפעה ואיטום החור, שמירה על ביצועים תרמיים.זה בשלב מוקדם אבל יכול להיות יקר ערך עבור משימות לאורך המאה.
  • (FLT:0) גבוה-Efficiency Emitters:cioFLT:1) עבור החלקים הקרים ביותר של חקירה בין כוכבית, קורנטורים חייבים פולטים קרינה אינפרא אדום ביעילות אפילו בטמפרטורות נמוכות. משטחים פוטוניים שמשפרים את הנישאות ב-Sil-infrared (אורך גלי סביב 10-50 מיקרומטר) מפותחים, ולהגדיל את הביצועים של גורם כפול בהשוואה לצבע שחור קונבנציונלי.

כוח וחום: מערכת היחסים הסימביוטית

בכל חללית, חום הוא תוצר לוואי של ייצור חשמל.על בדיקה בין כוכבית, סינרגיה זו היא קריטית: מערכת הכוח חייבת לספק חום כדי לשמור על החללית בחיים, אבל זה גם לא צריך overheat over.עבור בדיקות באמצעות משקעים גרעיניים או היתוך (מושגים כמו פרויקט דדטוס או השלבים הנעשים חשמליים שנחשבים ל- Interstellbe), עומס תרמי יכול להיות מצמצם עצום של חום אחד, למשל, כדי למזער את השפכים של חום אחד.

עבור בדיקות באמצעות כוח רדיואיזוטופ, דעיכת פלוטוניום-238 פירושה כי גם כוח ופלט חום יורד לאורך זמן. מהנדסים חייבים להחליט אם להגדיל את מקור RTG / חום ההשקה כדי להבטיח שולי תרמי מספיק בסוף החיים, או להסתמך על חימום פעיל מסוללה נפרדת / מערכת סולרית לפני המשימה.

סובלנות ו Redundancy

לא ניתן להשתמש בבדיקות אינטרכוכביות.מערכת הבקרה של ה-thermal Control יש לתכנן עם אמינות גבוהה, לעתים קרובות באמצעות רכיבי Redundancy. Key כמו תנורי חום, חיישנים, צינורות חום לולאה עשויים להיות מחורים כפולים או משולשים.אבל אדמוניות מוסיפה מסה. חלופה היא לעצב "השפלה גדולה" שבו ניתן למקם מחדש על ידי תוכנה: אם צינור חום, לא יכול לדמיום את החללית הזאת אפילו חיזוי כלי רכב קצר לפני זמן קצר.

גישה מבטיחה אחת היא לשלב "מסלול שני" - מערכת מבוססת שסתום שיכולה להפנות חום מכל מקור לכל כיור באמצעות מתגי חום ניתנים לשליטה. מתגים אלה, לעתים קרובות על בסיס טכנולוגיית גז (שם כמות קטנה של גז מוכנסת בין שתי צלחות כדי לשנות התנהגות תרמית), ניתן לפעול על גבי פיקוד.

מסקנה: הדרך הקרה לכוכבים

תכנון בקרה תרמית עבור בדיקות בין כוכביות הוא משמעת שמאלץ מהנדסים לחשוב מחדש על כל הנחה.כללים שעובדים במסלול כדור הארץ או במשימות מאדים לפרוץ את החלל הקר, מלא קרינה בין כוכבים, אך אותה פיזיקה שהופכת אותו קשה - הכוח הרביעי של הטמפרטורה, היעדר הדבקה פסיבית - מספק גם הזדמנויות. a תוכנן היטב להשתמש ברקע הקוסמי כמו חום אמין, ומאפשרת פיתוח אווירי נשימה של צינורות חדשים, כמו גם על פני שטח עיצוב חום, וטכנולוגיות אינטראקטיביות, אשר ניתן למקסימום של נאס"אורג'ר, כמו גם על פני שטח חדש, ואפקטים, ופרקים, כמו גם על פני שטח של אנרגיה מתחדשת, ופרקים, ופרקים של צינורות חימום, כמו גם על פני שטח של צינורות חום, כמו גם על פני שטחית, ופרקציה, ופרק זמן קצר יותר מטווח זמן קצר יותר מטווח זמן קצר יותר ויותר, ואפקטים של צינורות חום, ואפקטים של נאס"אורג'רמים, כמו גם מספק הזדמנויות.

[ה] בדיקות בין כוכביות הראשונות יונעו ככל הנראה על ידי מערכות רדיואיזוטופ, עוטפות ב-MLI מתקדם, ומוסממות ברשת של צינורות חום וקרני רדיו מפורשים, כפי שאנו מתכננים לקראת הכוכבים, המדע הצנוע של שמירה על דברים חמים יהיה חיוני בדיוק כמו המנועים שיובאו אלינו לשם, FLT:0 מיפוי הטכנולוגיה האסטרטגית של נאס"א ל- חקר חום: