שימוש בשמש אופטית הרהורים בחלל שליטה תרמית

הקדמה: התפקיד הקריטי של השליטה הירומית בחלל

כל חלליות הפועלות מעבר לאטמוספירה של כדור הארץ ניצבות בפני אתגר יסודי: ניהול תנודות טמפרטורה קיצוניות שיכולות לנוע ממאות מעלות צלזיוס בין פרצופים מוארים וצלחים.ללא שליטה תרמית נאותה, על אלקטרוניקה, מכשירים מדעיים, ורכיבים מבניים יכולים להיכשל באופן קטסטרופלי.אופטימיים סולריים (OSRs) התפתחו כאחד ממשימות הבקרה התרבית האמינות ויעילות ביותר בתעשייה האווירית הזו, הם מתקדמים יותר ויותר, בעוד שעדיין מפותחים יותר ויותר, כמו גם בטווח הארוך יותר ויותר, בעוד שעדיין, כמו גם בטווח הארוך יותר ויותר, בעוד שעדיין, כמו גם בטווח הארוך יותר ויותר, בעוד שעדיין, כך, כמו גם בטווח הארוך יותר ויותר, החל מטווח הארוך יותר ויותר, הוא מאפשר שמירה על פני השטח הסולארי, הוא מאפשר יציבות, תוך כדי להבטיח את משך הזמן הפעילופת, תוך כדי להבטיח את משך הזמן הפעילו כמשמעו, תוך כדי כך, לפתח את זמן חשמלי, תוך כדי להבטיח את זמן חשמלי עמוק, תוך כדי שמירה על פני השטח הפנימי, תוך כדי כך, תוך כדי כך, תוך כדי שמירה על פני השטח הטמפרטורות עמוק יותר ויותר, תוך כדי שמירה על פני השטח הטמפרטורות דרמטי יותר ויותר, תוך כדי שמירה על פני השטח הפנימי, תוך כדי שמירה על פני השטח הפנימי,

מה הם שומרי ראש סולריים אופטיים?

הרהורים סולריים אופטיים הם משטח מבוסס דיוק המציג שילוב מאוזן בקפידה של רפה גבוהה סולרית גבוהה ואמצעים אינפרא אדום גבוה. במונחים מעשיים, זה אומר OSRs מצוינים בקפיצה אור השמש הנכנס מן החללית, ובמקביל להיות יעיל מאוד בקרין אנרגיה אינפרא אדום לתוך הריק הקר של החלל.

טיפוסי OSRs מורכב ציפוי מתכתי מאוד רפלקטיבי, בדרך כלל כסף או אלומיניום, שהופקד על חומר תת-קרקעי דק כגון אחליקה, זכוכית בורוסילית, או סרטי פולימרים גמישים.ה ציפוי רפלקטיבי שקוף על ידי שכבת משטח אחורית יציבה כי מגן מפני חמצן אינפרא אדום, קרינה אולטרה סגולה, ומיקרומטידית מספק את השכבה העוצמתית ביותר כדי לשקף את השכבה השברירית האחרונה של העורבת העוצמתית האחרונה של העורבת באופן כללי.

מודרני OSRs להשיג ערכי רפה סולרית מעל 90% וערכי פליטה אינפרא אדום מעל 80% בתנאים אידיאליים.מאפיינים אלה מותאמים בקפידה במהלך הייצור כדי לעמוד בדרישות משימה ספציפיות, עם גרסאות שונות של OSR מותאם לסביבות מסלול שונות, עומס תרמי ותצורה חללית.

הפיזיקה של השליטה הירומית בחלל

הבנת מדוע OSRs כל כך יעיל דורש תפיסה בסיסית של העברת חום בסביבה החלל.על פני כדור הארץ, העברת חום אחידה והתנהלותית לשלוט בניהול תרמי. בחלל, עם זאת, התנהגות מתרחשת רק באמצעות מגע פיזי ישיר בין רכיבים, וקונפדרציה נעדרת לחלוטין בשל הריק הקרוב המושלם.זה משאיר קרינה תרמית כמו המנגנון היחיד הזמין לשינוי חום בין החללית לסביבתו.

כל חפץ עם טמפרטורה מעל אפס מוחלט פולט קרינה אלקטרומגנטית על פי השאילות והטמפרטורה שלו.השמש, בערך 5,778 K, פולטת באופן אינטנסיבי על פני הספקטרום הנראה והסגול. חללית במסלול כדור הארץ חווה אי-היראדיות סולארית של כ-1,367 W/m2, השמש קבועה, בתוספת פלוקס נוסף משתקף מאווירה פני האדמה וללא הגנה תרמית נאותה, חשיפה ישירה במהירות גבוהה יותר עלולה לספוגה נמוכה יותר, תוך טמפרטורות מהירות יותר, תוך כדי ירידה מהירה יותר, תוך מגבלות על פני השטח.

OSRs מטפל בבעיה זו באמצעות תכונות סלקטיביות ספקטרליות שלהם.הם משקפים את אורכי הגל הקצר, קרינה סולארית באנרגיה גבוהה כי אחרת נספג ומומרת חום.באותו זמן, את ההנעה הגבוהה שלהם בלהקות אינפרא אדום תרמי (בדרך כלל 4 עד 30 מיקרומטר) מאפשר החללית לקרינה יעילה של חום על אלקטרוניקה, מערכות הנעה, ועוד ייצור חום אחר נשלט על ידי מעבדים של 5 עד 30 מטר) על ידי מעבדים אופייניים של קרינה מעגלית (מיקרומטר) על ידי מיקרומטרים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים).

מקום: Spacecraft Thermal control

OSRs משמש אלמנט בקרה תרמי ראשי במערכות בקרה תרמיות חלליות (TCS) תפקידם הוא לבסס ולשמור על האיזון התרמי של החללית על ידי שליטה על גלי החום הנקי בין החללית, השמש, ומרחב עמוק.המשוואה התרמית עבור חללית במצב יציב היא פשוטה: קלט חום מקרינה סולארית, אלקטרוניקה פנימית, מקורות אחרים חייבים להיות תפוקה חום שווה למרחב.

בפועל, OSRs מוחל על משטחים חיצוניים של חלליות, כגון לוחות רדיור, לוחות כלי, ופאנלים מבניים. האזור והמיקום של OSRs מחושבים במהלך שלב העיצוב התרמית כדי לעמוד בדרישות דחיית חום ספציפיות.עבור פער חללים נתון וטווח טמפרטורה מאפשר, אזור הרדיור הנדרש נקבע על ידי מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה ואת תצוגת החללית לגורם גבוה של מערכת ההפעלה.

OSRs משמשים בדרך כלל בשילוב עם אלמנטים אחרים בקרת תרמיים פסיביים. שמיכות בידוד Multilayer (MLI) מכסה אזורים שבהם יש צורך בשמירת חום, בעוד ש-OSRs נחשפים על לוחות רדיור שבו נדרשת דחיית חום ו צינורות חום עשויים להשלים את המערכת הפסיבית כדי לנהל אירועים תרמיים חולפים או תנאים קרים.

ביצועי מערכת ההפעלה בסביבה שונה

העיצוב התרמי של חללית חייב לשקול את מסלולו הספציפי.לאורכו של כדור הארץ נמוך (LEO) לוויין לחוות מחזורי לילה תכופים, בדרך כלל 90 דקות, עם מעברי טמפרטורה מהירים. לוויינים ג'וסטאריים (GEO) עומדים בפני חשיפה סולארית מתמשכת למעט בעונת הליקוי, מה שמוביל לטמפרטורה יציבה יותר אך תובענית יותר של קרינת חמצן גבוהה.

יתרונות השימוש ב-OSRs

אימוץ נרחב של OSRs ברחבי תעשיית החלל מונע על ידי שילוב של ביצועים, אמינות והטבות מעשיות שהופכות אותם קשה להחליף טכנולוגיות חלופיות.

• (FLT:0) Light Weight Building:FLT:1 OSRs מוסיפים מסה מינימלית לחללית. השני-surface OSRs המבוסס על תת-קרקעי דק זכוכית יכול להשיג תותבות מתחת 0.15 ק"ג / m2, וגמיש פולימרן מבוסס סולרי הם אפילו יותר קלים.
• (FLT:0) עמידות לטווח ארוך: FLT:1 OSRs מונדסים לעמוד בסביבה החלל הקשה של ימי המשימה מעל 15 שנים.הם מתנגדים להשפלה מקרינה אולטרה סגולה, הפגזות חלקיקים מואשמים, רכיבה על אופניים תרמיים ומיקרומטראואיד השפעות. בדיקת Qualification כוללת בדרך כלל אלפי מחזורים תרמיים, חשיפה גבוהה של קרינה וחמצן לאבחון ביצועים ארוכי טווח.
• (FLT:0) תפעול אמין ואמינה: FLT:1 OSRs לא דורש חשמל, לא חלקים נעים, ולא לולאות בקרה אקטיבית.זה אומר אפס תחזוקה, אפס צריכת חשמל, ואמינות גבוהה מאוד.אין מנגנונים לפנק, אין משאבות להיכשל, ואין אלקטרוניקה כדי לזלזל.ההסתברות של כישלון על משימה טיפוסית היא למעשה רשלנית.
• (FLT:0) יעילות תרמית גבוהה:FLT:1 עם רפה סולרית מעל 90% ופלט אינפרא אדום מעל 80%, OSRs לספק ביצועים יוצאי דופן עבור רדיורים פסיביים.יעילות זו מפחיתה את אזור הרדיור הנדרש עבור עומס חום נתון, חיסכון המונים ומאפשר עיצובים חללים קומפקטיים יותר.
• (FLT:0) יכולות להתאים את עצמה: FLT:1 OSRs יכול להיות מותאם אישית לדרישות משימה ספציפיות. על ידי התאמת הרכב הציפוי רפלקטיבי, חומר תת-קרקעי, והשלמת פני השטח, מהנדסים יכולים לנקב את ההשתקפות הסולארית, פולטים אינפרא אדום ו מוליכות תרמית כדי להשיג מטרות בקרה תרמיות מדויקות.
• (FLT:0) תאימות עם שילוב ייצור:FLT:1 OSRs זמינים בפורמטים שונים, כולל אריחים קשיחים, סדינים גמישים, וציפויים שניתן ליישם ישירות על פני השטח של החללית.
• מורשת הטיסה של FLT:0 (Proven Flight Monument: FLT:1 OSRs שימשו אלפי משימות חלל מוצלחות על פני יישומים מסחריים, אזרחיים והגנה.

סוגי חומרים וחומרים של OSRs

OSRs מיוצרים במספר סוגים שונים, כל אחד מהם מותאם ליישומים שונים ולדרישות ביצועים.קטגוריות הנפוצות ביותר כוללות מראות חד-צדדיים קשיחים, מראות גמישים של שתי נקודות מבט, וציפויים ישירים.

ריגש השני-Surface Mirrors

העיצוב הקלאסי של OSR משתמש בגליון דק של זכוכית, בדרך כלל 100 עד 200 מיקרומטר עבה, מכוסה על פני השטח האחורי שלה עם סרט מתכת רפלקטיבי. הזכוכית עצמה היא שקוף לקרינת השמש אבל יש לו מומנטום אינפרא אדום גבוה. ציפוי רפלקטיבי, בדרך כלל כסף או אלומיניום, מספק את לוחות רפיח סולריים גבוהים עם ציפוי של זכוכית מצופה, 000 עופרת צלולים, הם תכונות אדפטומטיות, 000 מצופה, 000 מצופה, 000 עופרת צלולים, 000 מצופה, 000 עופרת צלולים, 000 עופרת צלולים, 000 מצופה, 000 מצופה, 000 עופרת צלולים, 000 עופרת צלולים, 000 עופרת עופרת עופרת עופרת צלולים, 000 עופרת עופרת עופרת עופרת עופרת עופרת עופרת עופרת עופרת מצופה, 000 מצופה, 000 עופרת מצופה, 000 עופרת צלולה, 000 עופרת מצופה, 000 מצופה, 000 מצופה, 000 עופרת צלולה, 000 מצופה, 000 עופרת צלולה, 000 עופרת צלולה, 000 עופרת צלולה, 000 עופרת צלולה, 000 מצופה עופרת צלולה, 000 מצופה עופרת עופרת

מערכת ההפעלה גמישה OSR

HDRs גמישים עשויים מ substrates פולימר דק כגון פוליimide או פלואורין propylene (FEP) סרטים, מצופים בשכבות מתכת רפלקטיביות. אלה OSRs יכול להיות מחובר באופן עקבי משטחים מעוקלים, התגלגל למגבלות עוקץ, או משולבים לתוך מערכות רדיו אינפרא אדום יותר ויותר. הם קלים יותר מאשר OSRs ומציעים עמידות מכנית גדולה יותר, בדרך כלל, נפח השמש הוא איטי יותר.

משקפי שמש אופטיים

ציפויים ישירים המספקים ביצועים דמויי OSR מוחלים על משטחי חלל באמצעות תנודה של ואקום, נפיחות, או ריסוס תהליכים. ציפויים אלה הם בדרך כלל ערימה של מתכת וחומרים דיאלקטריים אשר להשיג את הסלקטיביות הספקטרום הרצוי. היתרון של ציפויים ישירים הוא שילוב שלהם עם מבנה החללית, ביטול שלבים האגרה וסיכוןי זיהום פוטנציאלי.

תוצאות חיפוש עבור OSRs in Space Missions

OSRs משמשים כמעט בכל סוג של חללית הדורשת ניהול תרמי פעיל.היישומים שלהם משתרע על כל קשת של משימות חלל, מקוביות קטנות ועד בדיקות פלנטריות גדולות.

לוויינים תקשורת

לווייני תקשורת גיאוסטציונריים הם בין המשתמשים הגדולים ביותר של OSRs. החללית הזו פועלת במשך 15 שנים או יותר בסביבה תרמית תובענית, מתפזרים כמה קילווואט של כוח משכר התקשורת שלהם. לוחות רדיו גדולים מכוסה אריחי מערכת ההפעלה OSR דוחה חום זה לחלל תוך כדי לשקף קרינה סולארית אינטנסיבית.

תצפיות כדור הארץ

לווייני תצפית כדור הארץ נושאים מכשירים אופטיים ואדום ברזולוציה גבוהה הדורשים יציבות טמפרטורה מדויקת.תנודות טמפרטורה קטנות עלולות לגרום עיוות תרמי של אופטיקה, דהורינג איכות התמונה. OSRs משמשים על כלי דיור, לוחות רדיור, ולעתים על רכיבים פנימיים כדי לשמור על שליטה תרמית.עבור חיישנים אינפרא אדום כי חייב לפעול בטמפרטורות Cryogenic, OSRs משמשים בשילוב עם קריאות ורדיטורים פסיביים כדי להשיג את הסביבה הקרנית הנדרשת.

טלסקופ החלל

טלסקופ החלל של ג'יימס ווב משתמשים ב-OSRs על מערכות השמש שלהם ורדיורטור כדי לשמור על הטמפרטורות הקרות ביותר הדרושות לתצפיות אינפרא אדום.השמשיות של JWST משתמשות בשכבות מרובות של קפטון מכוסי מצופה, אשר מתפקדת באופן דומה לטכנולוגיה של OSR, משקמת אנרגיה סולארית תוך כדי קרינה חום מהצד הטלסקופ.

Probes

Spacecraft נוסע לכוכבי לכת אחרים להתמודד עם מרחקים סולאריים שונים מאוד.משימה ל-Vang חוויות סולריות יותר מאשר כפולים על פני כדור הארץ, בעוד משימה לצדק או שבתאי מקבל רק חלק מהעוצמה הסולארית של כדור הארץ. OSRs משמשים על בדיקות אלה, לעתים קרובות בשילוב עם יחידות חום רדיואיזוטופ (RHUs) ופלט ציפויים משתנים, כדי להתמודד עם הטמפרטורות התרמיות הקיצוניות של נאס"א.

תחנת חלל ותחנות חלל

תחנת החלל הבינלאומית משתמשת בלוחות רדיור גדולים מכוסים OSRs כדי לדחות את החום שנוצר על ידי מערכות לוח וצוות.פאנלים אלה הם פרוסים מחוץ למודולים החקיפים של התחנה והם חלק ממערכת הבקרה התרמית הפעילה.The OSRs משקפים אור השמש תוך כדי קרינה חום לחלל, עוזר לשמור על תנאי חיים נוחים ועבודה עבור הצוות העתידי, משימות מווססים לירח וממאדים, יסתמך באופן דומה על מערכות ההפעלה עבור בתי גידול תרמיים, ציוד, ציוד, ציוד ורכבי רכב.

עיצוב ושיקולי אינטגרציה

היישום המוצלח של OSRs בחללית דורש תשומת לב זהירה למספר גורמים הנדסיים מעבר למאפיינים אופטיים ותרמיים הבסיסיים.

איכות הסביבה Degradation

ביצועי OSR מתפוגגות לאורך זמן בשל חשיפה של סביבת החלל.קרינת אולטרה סגולה מחשכת את ה- substrate, הגדלת ההימנעות הסולארית.אטומית erodes מבוססי פולימרים במסלול כדור הארץ נמוך. חלקיקים באנרגיה גבוהה גורמים נזק לעקירה בחומר הסגירה. זיהום מהחלליות החוצה גזים או צנרת צנרת צנרת צנרת על פני השטח של מערכת ההפעלה, מצמצם את ההשפעות המפרקות של תפקוד זה בדרך כלל.

ניהול הממשקים ה-Rirmal Interface Management

OSRs חייב להיות מתואמת במבנה החללית כדי להעביר ביעילות חום ממרכיבים פנימיים אל פני השטח קורנטור.זה מושג באמצעות אג"ח התנהגותי באמצעות אגזים מוליכים-צדדיים או מכרים. קו האג"ח, עובי התנהגות תרמית חומר, ומגע אזור כל השפעה על עמידות ממשק תרמי. הפיכה תרמית ירודה מפחית את יכולת הדחייה יעילה של הרדיואקטיבית יכול להוביל כתמים חמים כדי לפסים או למלא את החללים לעתים קרובות.

הגנה מפני תשלום

משטחים Spacecraft מצטברים מטען חשמלי מאינטראקציות פלזמה ואפקט חלקיקים באנרגיה גבוהה. Dielectric OSRstrates יכול לבנות פוטנציאל אלקטרוסטטי משמעותי, המוביל לאירועים פריקה אלקטרוסטטית שפוגעים באלקטרוניקה או דה-דרגת ביצועי OSR. ציפויים, ראשיים מעוקלים, ובחירת חומרים זהירה להפחית את הסיכון הזה.

עיצוב מכני ו-Beling

אריחי מערכת הדבק חייבים לעמוד בתנוחה, עומסים אקוסטיים, ורכיבה תרמית ללא קידוד או סדק.מערכת דבקים חייבת להתאים הרחבה תרמית שונה בין ה- OSR סטראט לבין לוח החללית. Glass OSRs הם ללא מתפתלים מטבעם ודורשים טיפול זהיר.תהליך האג'ינג'ינג משתמש בדיוק בעובי מבוקר, תיק ואקום, מחזורי חום וריפוי כדי להבטיח החזקות אמינות.

פיתוח עתידי ב-OSR Technology

הדור הבא של OSRs מפותח כדי לענות על הדרישות של משימות חלל שאפתניות יותר, כולל חקר חלל עמוק, פעילות פני השטח הירחי והמאדים, וקונסטלציה בקנה מידה גדול של לווינים קטנים.

תגית: OSRs

טכנולוגיה אחת מתפתחת היא המשתנה פולטת OSR, אשר יכול לשנות את המולד אינפרא אדום בתגובה לטמפרטורה.מכשירים אלה משתמשים בחומרים כגון נדרום דו חמצני או סרטים דקים מחוסנים, העוברים מעבר שלב בטמפרטורה מסוימת, שינוי השאילות שלהם. בטמפרטורות נמוכות, מערכת ההפעלה יש פולטת נמוכה יותר, צמצום אובדן חום וכוח חום ראוי גבוה.

ננודור ו- Photonic OSRs

חוקרים חוקרים בוחנים משטחים ננו-מבנים שמפתחים אפילו יותרסלקטיביות ספקטרלית מאשר גבישים מסורתיים של OSR. Photonic, metamaterials, ומבנים plasmonic ניתן להנדס כדי לשקף כמעט מושלם באורכי גל סולאריים תוך פולטים ביעילות באדום התרמית.

מבנה רדיטור משולב

מערכת ההפעלה העתידית עשויה להיות משולבת ישירות לתוך לוחות מבניים של החללית, חיסול הצורך באריחים נפרדים או ציפויים. גישה זו משתמשת בחומרים מורכבים עם פונקציונליות ניהול תרמי, שבו הלוח עצמו משמש הן מבנה והן רדיור. לוחות פולימרים מאוישים פחמן-מבר כוח עם טיפולים על פני השטח המספקים תכונות אופטיות דמויי מערכת ההפעלה OSR מפותחות עבור חלליות הדור הבא.

חומרים מקרינה-סובלנות ועצמית

עבור משימות ארוכות טווח למערכת השמש החיצונית או למסלולים עתירי קרינה גבוהים, יש צורך ב-OSRs עם סובלנות קרינה מוגברת.חומרים של השמה עצמית שיכולים לתקן נזק שנגרם לקרינה או אפקטים זיהום נחקרים.חומרים אלה משתמשים במיקרו-קמפומעומטים או אג"ח כימי ניתוק מחדש כדי לשחזר תכונות אופטיות לאחר נזק.

עקבו אחרי Lunar and Martian Surface Operations

משימות פני השטח של הירח ומאדים ניצבות בפני אתגרים תרמיים נוספים בשל אבק, זיהום regolith, ואת נוכחות של אווירה על מאדים. OSRs עבור פעולות פני השטח חייב להיות עמיד בפני מתחמת אבק והשפלה של חלקיקים abrasive.repellent ציפויים, מערכות הסרת אבק אלקטרוסטטי, ומדפי משטחים מנקה עצמית מפותחים כדי לשמור על ביצועי מערכת ההפעלה בתוך אלה, עבור אווירה פחמן דו תחמוצת, כדי לשנות את האטמוספירה.

מסקנה: החשיבות הסופית של OSRs ב- Spacecraft Thermal control

רפלקטורים סולריים אופטיים מייצגים טכנולוגיה בוגרת ואמינה מאוד שהיא בסיסית לשליטה תרמית של חלליות.היכולת שלהם לנהל באופן פסיבי את האיזון התרמית של החללית באמצעות סלקטיבית ספקטרלית אפשרה עשרות שנים של משימות חלל מוצלחות.כפי שתעשיית החלל נעה לעבר מטרות שאפתניות יותר, כולל נוכחות הירחית מתמשכת, חקר אנושי של מאדים, ולוויינים בקנה מידה גדול, מערכות ההפעלה יישארו מרכיב חיוני של מערכת בקרה תרמית.

לקריאה נוספת בנושא זה, המשאבים הבאים מספקים מידע טכני מפורט:

• (ב) ,0) NASA Small Satellite Thermal control Review)
• ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ESA: הנדסת חומרים וחומרים מסד נתונים 1