התפקיד הקריטי של מכשירי התחדשות חום ב-Spacecraft Thermal control

Spacecraft פועל באחת מהסביבות הקיצוניות ביותר הידועות להנדסה: הריק של החלל, בעוד הדמיון הפופולרי מתמקד בקור המר של החלל העמוק, המציאות עבור רוב הלוויינים והחקירות הבין כוכבי לכת היא מאבק מתמיד נגד חימום יתר.אלקטרוניקה פנימית, מערכות הנעה ואפילו החום של השמש יוצר עומסים תרמיים משמעותיים.

מדוע ניהול הירומל אינו ניתן להשגה בחלל

על פני כדור הארץ, העברת חום מתרחשת בעיקר באמצעות התנהגות וזיהום (אוויר או מים קירור) בוואקום של החלל, הדבקה היא נעדרת, והתנהלות מוגבלת ליצירת קשר פיזי בין רכיבים.הדרך היחידה למזער חום פסולת לעזוב חללית היא באמצעות קרינה תרמית - פולטת אנרגיה אינפרא אדום לתוך הכיור הקר של חלל.כל רכיב אלקטרוני, מגברות כוח למעבדים נתונים, מייצרת חום מקושר אם הוא בונה במהירות את זה לא יעיל של חומר חום, אפילו לא מספיק, לא מספיק, לא מספיק, לא מספיק, לא היה מסוגל לגרום נזק קבוע, אפילו נזק חשמלי, או לא מספיק, אפילו לא מספיק, לא מספיק, לא מספיק, כי הוא לא מספיק, כי הוא לא מספיק, לא מספיק, כי הוא מסוגל לגרום נזק לא מספיק יעיל, לא מספיק כדי למנוע נזק דרמטי, או לא מספיק חזק, או לא מספיק כדי למנוע נזק חשמלי, אפילו לא מספיק, לא מספיק, ולכן הוא יעיל של קרינה, לא מספיק כדי למנוע נזק חיוני, לא מספיק כדי למנוע נזק חיוני, אפילו לא מספיק חזק, לא מספיק יעיל של קרינה, לא מספיק יעיל של קרינה בלתי מוגבל, או לא מספיק כדי למנוע נזק חשמלי, לא מספיק כדי למנוע נזק חיוני, לא מספיק כדי למנוע נזק חיוני, לא מספיק כדי למנוע נזק לא מספיק כדי למנוע נזק לא מספיק כדי למנוע

יסודות של Spacecraft Thermal control

לפני צלילה למכשירים מסוימים של דחיית חום, חשוב להבין את הסביבה התרמית ואת העקרונות הבסיסיים השולטים על החללית קירור.מאזן תרמי של חללית נקבע על ידי המשוואה: חום שנוצר מבפנים + חום נספג ממקורות חיצוניים (שמש, כדור הארץ albedo, וכו ') = חום מוקר לחלל.כל תוצאה של חוסר איזון בטמפרטורה.

(ה) ה-TCS מורכבת מאלמנטים פסיביים ופעילים.טכניקות פאסיביות כוללות את ה-FLT:0multilayer insulation (MLI)igFLT:1 כדי למזער את החלפת החום עם הסביבה, FLT:2thermal ציפויים ראשיים של PLT 3 כדי לשלוט בקליטת השמש ויעילות אינפרא אדום, ו-FLT:4 מטביעות חום:5 זה סופג אנרגיה תרמית (ה) באופן פעיל, כך למנוע את רכיבי חום וחום וחום באופן פעיל (מסוגלים) וחום).

סוגים של מכשירים להזרקה

מכשירים דחיית חום מגיעים במספר צורות, כל אחד מותאם לעומס תרמי ספציפי, ארכיטקטורת חלליות, דרישות המשימה. הסוגים הנפוצים ביותר הם קורנטורים, צינורות חום, צינורות לולאה חום, וגוון תרמי יותר מערכות מתקדמות כוללים לולאות נוזלים ושינויים בשלב חומרים.

רדיטורים: The Workhors of Space Cooling

רדיאטורים הם המכשיר הבסיסי ביותר לדחיית חום. בצורתם הפשוטה ביותר, הם לוחות גדולים, שטוחים עם משטח גבוה של כיסבת (לעתים צבוע לבן או שחור) כי ניצב בחלל עמוק.חום מתבצע מבפנים לתוך הרדיור, שבו הוא פולט כמו קרינה אינפרא אדום.היעילות של קורנטור תלוי על פני השטח שלו, כי כוח קרינה בקנה מידה עם כוח קרינה רביעי של טמפרטורה (Smantol) הם לעתים קרובות מנפחים את טמפרטורת חום.

(ברוב) השימוש ב-FLT:0) רדינרים מהונדסים (הכניסה ישירות לאוטובוס החללית) או FLT:2deployable RadiatorsFLT:3 (לא מוכפלת פעם במסלול כדי להגדיל את שטח השטח) יש גם קרינה מסיבית, כגון אלה בתחנת החלל הבינלאומית (ISS), יכול להיות גדול מאוד, דחייה של עשרות של קיוואט של ק"ממים יכול גם לחדור אל פני השטח של קרינת חום או לשילוב של צינורות חום.

צינור חום: Efficient Passive Heat Transport

צינורות חום הם חתומות, צינורות מרופפים המכילים כמות קטנה של נוזל עבודה (כגון אמוניה או מים) הם פועלים על מחזור דו-phase: חום מרכיב חם מחוספס את הנוזל בקצה הממחה; ה- vapor נוסע לפרשת condenser קריר יותר (בדרך כלל מחובר לרדיור), שבו הוא משתחרר ומשחרר את החום המאוחר שלו; ואז את ה-זמנית דרך טמפרטורות מתוחות מעטות (מעגל חום) עם מעטות).

צינורות חום הם פסיביים - לא חלקים נעים, אין צריכת חשמל - מה שהופך אותם אמינים מאוד עבור משימות ארוכות טווח.הם משמשים אינספור לווינים, מקוביות קטנות לפלטפורמות תקשורת גדולות. הגבלה היא שהם רגישים לכובד ראש; על כדור הארץ, פעולות capillary חייב להתגבר על הכבידה, אבל מיקרוגרפי זה לא בעיה.

לולאת חום (LHPs) ו Capillary Pumped Loops

צינורות חום לולאפס (LHPs) הם התפתחות מתקדמת של צינור החום המסורתי.הם משתמשים מחזור דומה של evaporator-condenser, אבל עם לולאה נוזל מורכב יותר המאפשר למרחקים ארוכים יותר (עד עשרות מטרים) ואת היכולת להתמודד עם מקורות חום מרובים או כיור. LHP הם גם פסיבי (capry-oriented) ואמין מאוד הם משמשים בדרך כלל על החללית כמו מאדים ולוחמיצים על פני כדור הארץ.

Capillary משאבות (CPLs) הם עיצוב קשור המפריד בין הממחב ו condenser עם מאגר, מתן גמישות רבה יותר באוריינטציה ושליטה תרמית. הן LHPs ו CPLs הם יעילים מאוד, עם יכולות תחבורה חום מעשרות וואט לכמה קילווואט. היתרון העיקרי שלהם הוא שהם יכולים לפעול נגד הכבידה ודרך גיאוגרפיה מורכבת, מה שהופך אותם לתחנות חלל גדולות ומרחב מתאים.

שם מקור: Thermal Louvers: Variable Emittance Surfaces

הגוון הארוך הם לוחות מתאימים (כמו עיוורי venetian) הרכובים על פני משטח קורנטור.כאשר החללית קר, הגוון קרוב, צמצום האזור הרדיקן האפקטיבי ובכך לשמר חום.כאשר הטמפרטורות עולות, הגוון נפתח, חשיפת שטח רדיו יותר לחלל ודחייה חום מוגברת.

לורס היו נפוצים על לווינים מבוגרים, במיוחד אלה עם מגוון רחב של חום פנימי (למשל, מניתוח תשלום לסירוגין) תוך יעילות, הם מוסיפים מסה, מורכבות, נקודות כשל פוטנציאלי.משימות מודרניות מסתמכות יותר ויותר על ציפויים משתנים או טיפולים משטח רדיו שיכול לשנות את החיובי (כגון מכשירים אלקטרו-כרומטיים) כדי להשיג שליטה דומה עם מורכבות פחות.

Fluid Loops: Active, High-Capacity Cooling

עבור עומסי חום גבוהים מאוד (kiloוואט ומעלה), כגון אלה על ISS או לווייני תקשורת בעוצמה גבוהה, צינורות חום פסיביים לא יכול מספיק.FLT:0Pumped נוזל לולאות FLT:1 להשתמש משאבה מכנית כדי להפיץ כורח (למשל, אמוניה או גליקול מים) באמצעות הצלחות מחוברות חום, ולאחר מכן קרינה באמצעות צינורות מתכת מרובים, ללא מגבלות חום, עד לטווח ארוך, 000.

החיסרון הוא שהמשאבה צורכת כוח ומציגה נקודה אחת של כישלון.לכן, משאבות הן לעתים קרובות מחוסמות, ואת הלולאה כולה חייבת להיות סגורה ומוגן מפני דליפות.ה-ISS משתמשת במערכת בקרה תרמית פעילה מתוחכמת (ATCS) עם שתי לולאות אמוניה עצמאיות, כל אחת עם רדיוטורים גדולים, המסוגלים לדחות מעל 70 קילו של חום עתידי.

חומרים לשינוי שלב (PCMs) כ- Thermal Energy Storage

בעוד לא רק מכשיר דחיית חום במובן של גירוש חום לחלל, חומרי שינוי שלב (PCMs) משולבים לעתים קרובות בתוך תת-מערכת בקרת תרמי לספוג שיאי חום טרנסים. מחשבים כמו שעווה פרפין או מלחים מסוימים נמסים בטמפרטורה קבועה, סופג כמויות גדולות של חום מאוחר ללא עלייה משמעותית.זה מאפשר החללית לטפל בעומס חום גבוה קצר (למשל, קרינה מוגזמת) שוב, שוב, לאחר ששומר חום חזק יותר, לאחר מכן, ללא עלייה משמעותית.

שיקולים ואתגרים בהזרקה לחום

תכנון מערכת דחיית חום יעילה לחללית כרוך איזון דרישות סותרות מרובות.המהנדס חייב לשקול את מסלול המשימה, דרישות כוח, גיאומטריה, וגורמים סביבתיים.

  • שטח פני השטח של LT:0 [שטח]: שטח הפנים החיצוני של החללית נחוץ גם עבור לוחות סולאריים, אנטנה, חיישנים, וחזקות מבניות. רדיטורים מתחרים על הנדל"ן היקר הזה.
  • (FLT:0) עומסי חום הניתנים לחום:FLT:1 ודור חום פנימי משתנה עם שלב המשימה - למשל, במהלך הליקוי, סוללות, פריקה, ומחממים עשויים להפעיל כדי לשמור על רכיבים חמים.
  • (FLT:0) תנודות טמפרטורה אקסטרמטיות:FLT:1 במסלול כדור הארץ נמוך, לוויין עשוי לראות טמפרטורות חיצוניות מ-140 מעלות צלזיוס בליקוי ל- +120 מעלות צלזיוס באור השמש הישיר.הדיאטור חייב להיות מתוכנן לפעול בטווח זה, וציפויים תרמיים חייבים לשמור על תכונותיהם לאורך שנים של חשיפה לחמצן וחמצן אטומי.
  • (FLT:0Micrometeoroid ו-Foolal debris (MMOD) השפעות: ibph 1 punctured צינורות חום או לולאות נוזל יכול להוביל לאובדן של כשל קריר ומשימתי.
  • (FLT:0) מבחר אווירי: FLT:1 Components חייבים לעמוד בקרינה, רכיבה תרמית (אלפי מחזורים בין חם לקור), ויציאה החוצה באלומיניום, טיטניום וחומרים מורכבים הם נפוצים, עם ציפויים מיוחדים עבור כיסונות ו absorptivity.
  • (FLT:0) אינטגרציה ובדיקה על כדור הארץ:ראה LT:1 , מערכות תרמית נועדו באמצעות סימולציה אבל יש לבדוק בתאי ואקום תרמיים על הקרקע. Gravity משפיע על צינורות חום וביצועים לולאה נוזל, כך השקיות בדיקה חייב להיות מוטה בזהירות או נועד כדי לדמות תנאים מיקרו-גרפיים.

כיוונים עתידיים: חכם יותר ויותר דחייה

ככל שהחללית הופכת להיות חזקה יותר ומשךי המשימה, טכנולוגיית דחיית החום חייבת להתקדם.כמה מגמות מעצבות את הדור הבא של שליטה תרמית:

  • ייצור אדרבא:0 (הייצור התוספתי: 1FLT:1) הדפסה תלת-ממדית מאפשרת יצירת לוחות רדיו מורכבים, טופולוגיה-אופטימיים וצנרת חום עם ביצועים משופרים ומיסה נמוכה יותר.
  • (FLT:0) משטחים של הרשאות: ⁇ F1) חומרים אלקטרוכרומטיים ותרמוכרומטיים יכולים לשנות את המוכנות האינפרא אדום בתגובה לטמפרטורה, המציעים שליטה דינמית ללא חלקים נעים.
  • (FLT:0) דחיית הטמפרטורות גבוהות יותר:FLT:1 עבור חללית גרעינית או אלקטרוניקה עתירה גבוהה (למשל, GaN amplifiers), קורנטורים הפועלים ב-300 מעלות צלזיוס או יותר יכולים להיות הרבה יותר קטנים וקלים יותר, באמצעות מתכות נוזליות או קירור גז.
  • (FLT:0) קרינת רדיו מבוזרת: ⁇ 1 (שימוש בחומרים דקים וגמישים (כמו קטון או סיבי פחמן) שניתן לגלגל או לקפל במהלך ההשקה ולהפיץ במסלול כדי ליצור משטחים גדולים.
  • (ב) לוחות מבנה תרמיים משולבים: FLT:1 [שלב את פני השטח הרדינר עם מבנה החללית עצמו (למשל, לוחות דבש עם צינורות חום מוטבעים) כדי להפחית את המסה והמורכבות.
  • (FLT:0) למידה של Machine ניהול תרמי: FLT:1 אלגוריתמים כי לחזות עומסים תרמיים ולהתאים את הגוון, תנורי חום, או מהירות המשאבה בזמן אמת כדי להתאים את הביצועים.

המחקר גם מתקדם אל לולאות מכניות דו-פזה המשלבות את היכולת הגבוהה של מערכות נוזל מומשות עם הפעולה הכניעה הפסיבית של צינורות חום, פוטנציאל להציע את הטוב ביותר של שני העולמות.

מסקנה

מכשירים דחיית חום אינם רק אביזרים בעיצוב חלל; הם מאפשרים יסוד של חקר החלל.מן הימים הראשונים של Sputnik ועד מיטב מורדים מאדים ותחנת החלל הבינלאומית, היכולת לנהל אנרגיה תרמית קבעה אילו משימות אפשריות. רדיטורים, צינורות חום, צינורות לולאה חום, צינורות חום, לולאות תרמיות, שואבות נוזליות, שואבות כל אחד מהם יתרונות שונים עבור תרחישים, מהנדסים ומהנדסים חייבים בקפידה לשלב אותם בזהירות כדי לפגוש את המשימה הייחודית של כל אחד מהם.

בעוד האנושות דוחפת עמוק יותר למערכת השמש ולמטרות שאפתניות יותר, הדרישות במערכות בקרה תרמיות רק יגדלו.הבדיקות המופעלות על ידי גרעיני, בסיסים ירחיים ומאדים, וטלסקופים גדולים בחלל דורשים פתרונות דחיית חום חדשניים.המשך ההשקעה בחומרים מדע, טכניקות ייצור ועיצוב ברמה של מערכתית יהיה חיוני.עבור אנשי מקצוע בתחום, הבנת העקרונות והמסחר של דחיית חום נשאר לנו מקום חדש, לא ניתן לשגשג, לאיך, לאיך, ולא נשגשג יותר מאשר כדי להמשיך את החלל שלנו, כדי להמשיך את החלל החדש, כדי להמשיך ולשגשג יותר מאשר כדי להמשיך את החלל שלנו?

(ב) לעיין במשאבים של [[המאה ה-[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]