במשימות חלל, שמירה על הטמפרטורה הנכונה של רכיבי חלל היא דרישה בלתי ניתנת להשגה להצלחה המשימה ובטיחות הצוות.מערכת בקרת ההצתה (TCS) מנהלת החלפת חום כדי לשמור על ציוד בתוך גבולות תפעוליים, מחיישנים מבוכים ועד אלקטרוניקה של כוח-הירוקה.אבל בוואקום של חלל - שבו נדנדה טמפרטורה יכולה לעלות על 200 מעלות צלזיוס בין פרצופים קלים וצלחים - אפילו נקודה אחת של כישלונות במהנדסים ריקים של קיבולת של אטומית, כדי להשיג קיבולת גבוהה של מערכות הפעלה לוויינים, עם ביצועים ריקים, עם ביצועים אטומית, כדי להשיג אטומית, כדי להשיג אטומית, כדי להשיג לוויינים, על ידי קרינת תאים סרטניים, על ידי תאים סרטניים, כדי להשיג אטומיים, עם ביצועים אטומיים מרובים של מערכת ניהולית, עם ביצועים אטומיים, עם ביצועים לוויינים, עם ביצועים אטומיים, כדי להשיג אטומיים, עם ביצועים אטומיים, עם ביצועים ריקים של מערכת הפעלה גבוהה יותר, עם ביצועים ריקים של מערכת הפעלה אטומיים, כדי להשיג אטומיים, על ידי מערכת ההפעלה, על ידי מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה גבוהה יותר, על ידי מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של מערכת ההפעלה אטומי

הצורך הקריטי ב Redundancy ב-Spacecraft Thermal control

סביבת החלל מציבה אתגרים תרמיים קיצוניים.על הצד הנשי של חללית, טמפרטורות יכולות לסעוד מעל +120 מעלות צלזיוס; בצד האפל, הם יכולים לצלול ל-140 מעלות צלזיוס או נמוך יותר.בתוך הרכב, חום שנוצר על ידי אלקטרוניקה, הנעה ותמיכה בחיים חייב להיות נדחו ביעילות או נשמר.אם TCS נכשל, רכיבים יכולים להתחמם יתר על המידה - מה שמוביל להתמוטטות למחצה, סוללות או מנקה, או ערפל, גורם לערפל, למשל, לגרום לערפלים לערפלים, לערפלים, לערפלים, לערפלים, לערפלים, או לערפלים, כדי למנוע ערפלים, כדי למנוע ערפלים, לגרום לערפלים, לגרום לערפלים, לגרום לערפלים לערפלים, לגרום לערפלים, לערפלים, או לערפלים, לערפלים, כדי למנוע ערפלים, או לערפלים, לגרום לערפלים, כדי למנוע ערפלים, כדי למנוע ערפלים, או לערפלים לערפלים, כדי למנוע ערפלים, או לערפל חום, כדי למנוע ערפלים, או לערפל, לגרום לערפלים, לגרום לערפלים, כדי למנוע ערפלים לאפסדפסים, כדי למנוע

Redundancy אינה רק שיפור אופציונלי; היא דרישה עיצובית בסיסית עבור רוב סוכנויות החלל ומפעילי לוויין מסחריים.העיקרון הוא פשוט: לספק שתי דרכים עצמאיות יותר לבצע פונקציה קריטית כך שכישלון של אדם אינו מתפשר במשימה. כי TCS בדרך כלל כולל משאבות, שסתום, תנורי חום, מחצני חום, רצועות, ובקרה אלקטרוניקה, כל אחד מהם חייב להיחשב באדריכלות האדומה על ידי הסתברות גבוהה יותר של מערכות הפעלה (בדרך כלל) ו-ידי הסתברות גבוהה יותר) של פונקציות משנה, לעתים קרובות יותר מאשר הסתברות גבוהה יותר של מערכות הפעלה מחדש של הסתברות גבוהה יותר (costronated).

סוגים של Redundancy in thermal control Systems

מהנדסים מעסיקים שלוש קטגוריות רחבות של ונדוניות כדי להגן על TCS: פעיל, פסיבי, היברידי, וכל אחד מהם יש יתרונות משלו ומסחר במונחים של משקל, צריכת חשמל ומורכבות.

Redundancy Active Redundancy

ב- TCS באופן פעיל, רכיבים זהים מרובים פועלים בו-זמנית.לדוגמה, שתי משאבות עלולות לרוץ במקביל בתוך לולאה נוזלית, עם כל אחד שיש מספיק יכולת להתמודד עם עומס החום המלא אם השני נכשל.אם השני נכשל, השני ממשיך ללא הפרעה. בדומה, חללית עשויה להיות בעלת שני מעגלים חימום עצמאי או יותר מופעל ללא הרף, כל אחד מסוגל לשמור על טמפרטורות בתוך גבולות הכרחיים.

שקיפות מוחלטת

ריצוף פסיבי מסתמך על רכיבי גיבוי שאינם מופעלים או בשירות.הם מופעלים רק על גילוי של כשל.לדוגמה, חללית עשויה להיות מקרינה ראשונית ורדיורנית משנית אשר מוסטבת ומופצה רק אם העיקרי נפגע על ידי מיקרומטראואידים או מנגנון פריסה לקויה (כמו כן, חימום עשוי להיות מופעל על ידי שעון כלבים או ידני משליטה תרמית של תפקוד לייזר, אך ורק לאחר זמן קירור מהיר).

חידוש היברידי

הונדנסיות ההיברידית משלבת גישות פעילות ופסיבית לייעל את האמינות ללא יתר על המידה.לדוגמה, משאבה עשויה לפעול ב-50% עם משאבה של עמוד השדרה שמתחילה באופן אוטומטי אם טיפות מתחת לסף.או חללית עשויה להשתמש בלולאה נוזלית עם שתי משאבות לרוץ במהירות למחצה (אקטיבית) בעוד משאבה שלישית נשארת כבויה פעילה, השלישית עשויה להמשיך את העלות הפעילה, במיוחד, כלומר, הן בעלות נמוכה ביותר, הן יעילות, הן, והן יעילות ביותר, בעיקר, הן בעלות נמוכה יותר, הן.

רמות של רדונדנסיות: Component, Subsystem, and System

ניתן ליישם את Redundancy ברמות היררכיות שונות. ברמת הרכיב, תנורי חום בודדים, שסתום או חיישנים טמפרטורה עשויים להיות משוכפלים. ברמת תת-מערכת, לולאה נוזלית או לוח רדיור עשויים להיות חסונים. ברמת המערכת, תחנת TCS עצמאית לחלוטין יכול להיות מותקנת, כגון רשת צינורות חום נפרדת עבור קירור המטען שיכול לגבות את הבחירה העיקרית של TCS.

תוצאות חיפוש עבור Redundant TCS

תכנון מערכת בקרה תרמית מגובה אדום כרוך איזון זהיר של דרישות סותרות.מהנדסים חייבים להקצות תקציבי המונים וכוח תוך הבטחת כי לוגיקה הונדונית עצמה אינה מציגה מצבי כשל חדשים.

מצבי כישלונות ואפקטים ניתוח

כל מנגנון כשל פוטנציאלי ב-TCS חייב להיות מזוהה והערכה על ההשפעה שלו על מטרות המשימה.לדוגמה, שסתום תקוע המונע זרימה קרירה חייב להיות מטופל על ידי נתיב עקף מקבילה או שסתום אדום.מהנדסים משתמשים במצבי כישלון, אפקטים, ניתוח ביקורתי (FMECA) כדי לדרג מצבי כשלים ולהחליט היכן חיוני הניתוח צריך לשקול גם כשלים משותפים - אפילו כמו סוגים של נוזל משותף של גירוי גופני.

מעבר למכניזם ואוטונומיה

TCS מחוספס חייב להיות מסוגל לזהות כשלים ולעבור לרכיבי גיבוי עם הפרעה מינימלית.על חללית מאוישת, אסטרונאוטים יכולים באופן ידני לעקוף או לעבור מערכות. על בדיקות חלל עמוק, שבו עיכובים קלים יכולים לעלות על דקות או שעות, החללית חייבת להיות בעלת תחושה אוטונומית (למשל, אובדן זרימה ראשונית מתוך טווח, או ירידה חום נוכחי) ולעסוק בגיבוי זה דורש לעתים קרובות חיישנים עמידים, חסימת לחץ חיובי, או אלגוריתמים, כלומר, או אלגוריתמים של אלגוריתמים של כוח חיובי, או אלגוריתמים, או אלגוריתמים, או אלגוריתמים, כלומר, כלומר, זה יכול היה צורך לבצע אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים מזיקים, כלומר, או אלגוריתמים פגומים באופן עצמאי, או אלגוריתמים של אלגוריתמים מזיקים, או אלגוריתמים של אלגוריתמים עמידים ללא פגע, אם זה יכול לעתים קרובות, כלומר, או אלגוריתמים פגומים, לעתים קרובות, כלומר, או אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים פגומים, אם זה יכול להיות במעקב אחר אלגוריתמים של כוח חיובי, או אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של כוח חיובי, או

משקל ועונשי המונים

כל מרכיב אדום מוסיף מסה.עבור חללית, מסה היא אחד המגבלות הקריטיות ביותר כי זה משפיע ישירות על עלויות ההשקה ותקציבי מניעה. משאבה מונדונית עשויה לשקול עשרות ק"ג, ולוח רדיור גיבוי יכול להוסיף אזור ומסה כי יכול לשמש אחרת עבור מכשירים מדעיים או מניעים של מהנדסי מאדים חייב לבצע ניתוח סיכון עלות כדי לקבוע את הרמה האופטימלית של אדמוניות במקרים מסוימים, זה יעיל יותר לדגמי חום או שיפור יחיד (למשל, לעומת חומרים).

צריכת חשמל והאיזון

מרכיבים פעילים רדונדנטים צורכים כוח גם כאשר הם אינם נדרשים לתפקיד הראשי. הפעלת שתי משאבות במהירות למחצה במקום אחד במהירות מלאה עשוי לחסוך מעט כוח; שמירה על תנור גיבוי על אנרגיה פסולת מתמדת. מעצבים חייבים לאזן את תקציב החשמל.עבור אדמוניות פסיבית, הגיבוי עשוי להיות לא מופעל עד צורך, אשר משמר כוח אבל דורש שינוי אמין נוסף, את האיזון התרמית של החללית חייב להיות מוחלף על ידי לחץ אווירי, ללא מגבלות חום, עלול להיות מכווץ, ללא צורך להפעיל את הלחץ על פני חום.

בדיקות ואימות

לא ניתן להניח ש- TCS מרוקנת עובדת נכון; יש לבחון אותה תחת תרחישים ריאליים של כישלונות.מבחן העומסים הארומאל-vacuum ברמת המערכת יכול להוכיח כי משאבות גיבוי, תנורי חום, ורדיטורים למעשה מפעילים ושומרים על טמפרטורות המתאימות.עם זאת, בדיקה מלאה של כל רכיבי הכשלים האפשריים לעתים קרובות אינם פתורים את הבדיקות הלא-מתקנות, במקום זאת, כאשר נקודות חדירות יחיד של כשלים מופעלות (למשל, או מנטרול) הן לא מפריעות לתגובת חום או לא מפריעות באופן קבוע.

דוגמאות אמיתיות ל- Redundant TCS במשימת החלל

המשימות הבאות ממחישות כיצד יושמה Redundancy כדי להשיג אמינות יוצאת דופן בשליטה תרמית.

תחנת החלל הבינלאומית

ISS מפעילה אחת ממערכות הבקרה התרמית המורכבות ביותר שנבנו אי פעם, עם לולאות קירור חיצוניות המשתמשות בדלקת ממאוניה כנוזל עבודה.כל אחת משמונה מערכות הבקרה התרמית המפוטבוליות המורכבות ביותר שנבנתה יחד עם שתי לולאות אמוניות עצמאיות וגיבוי - שניתן לשלב אותן (בנוסף, צוות TCS הפנימי לשימוש בלולאות מים מרובות עם משאבות אדומות במהלך 38 ב-2013, בתבנית סטנדרטית חללית קירור, ונכשלה אחורית שטחית, לאחר מכן, ונכשלה אחורית המערכת האדומה, ללא יכולת תאורה אחורית שטחית שטחית שטחית, ללא יכולת תאורה אחורית, ואפקטית, ואפקטית שטחית, גם היא בעלת יכולת מתקן אחורית של מערכת אחורית, ללא יכולת תאורה אחורית של מערכת אחורית, ואפקטית של מערכת אחורית של מערכת אחורית, ללא יכולת תאורה אחורית, ומערכת אחורית של מערכת אחורית של מערכת אחורית של מערכת אחורית של מערכת אחורית אחורית, ללא שימוש ב-אדום, ללא שימוש במודולים של מערכת אחורית של מערכת אחורית של מערכת אחורית, ללא מנוע אחורית, ללא שימוש ב-אדום, ללא שימוש ב-אדום, ללא שימוש ב-אדום, כולל של מערכת אחורי

החללית וויאג'ר

הושק בשנת 1977, וויאג'ר 1 ו- 2 ממשיכים לפעול יותר מ-40 שנה מאוחר יותר, הרבה מעבר לחיי העיצוב המקוריים שלהם.מערכות הבקרה התרמית שלהם מסתמכות בעיקר על אמצעים פסיביים: יחידות חימום רדיואיזוטופ (RHU) המספקות חום יציב מהדעון של פלוטוניום-238, ניתוח רב-שכבות (MLI) כדי לשמור על חום, וסגור כדי לקרינה חום יתר על פני כדור הארץ הוא רק כמה עשורים, אך ורק על ידי יחידות חום פשוטות, אך ורק על ידי Tunding יעיל.

Mars Science Laboratory (Curiosity Rover)

ה-Creiosity Rover משתמש בלולאה מכנית של נוזל הנקראת מערכת הבקרה של מדע מאדים (MSTCS), אשר מפיצה נוזל להעברה חום באמצעות האלקטרוניקה של ה-Rover ו-Corator.הלאה יש שתי משאבות: ראשית וגיבוי.אם המשאבה העיקרית נכשלה או טיפות זמן זרימה מתחת לסף, הגיבוי אוטומטית מופעל על מערכת ההפעלה האדומה וכוללת גם חיישנים וחום לפני 20 דקות הפעלה אוטונומית; לאחר המעבר הראשון של כדור הארץ היה נמוך יותר מ-ידי מערכת ההפעלה, לאחר המעבר הראשון של המערכת, לאחר שהחליפה, לאחר שהחליפה, לאחר שהחליפה לאחור, לאחר המעבר הראשון של המערכת, לאחר המעבר הראשון של המערכת, לאחר המעבר הראשון של המערכת, לאחר המעבר של המערכת, לאחר המעבר הראשון של המערכת, לאחר זמן קצר לאחר המעבר של המערכת, לאחר זמן קצר לפני זמן קצר לאחר זמן קצר לאחר המעבר של המערכת, לאחר המעבר, לאחר המעבר של המערכת, 000 זמן קצר לאחר המעבר הראשון התרחש זמן קצר לאחר המעבר הראשון התרחש ללא פגעה לאחור, לאחר המעבר הראשון של המערכת, לאחר הסרת לחץ-ידי מערכת ההפעלה לאחור, לאחר הסרת לחץ-ידי מערכת ההפעלה לאחור, לאחר זמן קצר לפני זמן קצר לפני זמן קצר לפני זמן קצר לפני כן, 000 זמן קצר לפני כן, 000 זמן קצר לפני

טלסקופ החלל ג'יימס ווב

טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) דורש סביבה קרה מאוד עבור כלי אינפרא אדום שלה - 50 K עבור הגלאים. TCS שלה משתמשת שמש רב שכבתית, מכווצים, ומקרי קרינה פסיביים. Redundancy הוא מיושם בעיקר במערכות גילוח יחיד: כל אחד משלושת המכשירים יש שני כיבים עצמאיים (priary וגיבוי).

שער הירח (מתוכנן)

שער הירח הקרוב, תחנת חלל קטנה סביב הירח, יכיל מערכת ניהול תרמי היברידית מתקדמת עם שתי לולאות נוזלים עצמאיות (דומה ל- ISS), אבל הלולאות האלה יהיו קומפקטיות יותר ולהשתמש בנוזלים ידידותיים לסביבה. Redundancy ירחיבו לרדיוators, אשר ניתן לפרוס ולהאריך באופן עצמאי.

אתגרים ומגבלות של Redundancy

בעוד שהבונדנסיות היא הכרחית, אין זה פלאצ'ה.יש לנהל בזהירות אתגרים רבים.

הגדלת המורכבות והעלות

הוספת מרכיבים מקודמים מכפילים את מספר החלקים, הממשקים, והחיפושיות.זה מגביר את העיצוב, הייצור והניסיון, לעתים קרובות על ידי 30–50% עבור מערכת תת-המערכת של TCS. מרכיבים נוספים גם להעלות את ההסתברות של כשלים בורות לתינוקות בשלב מוקדם של המשימה. יתר על כן, לוגיקה ההתחדשות עצמה (גילוי, בידוד, ושיקום) יכולה להפוך לתוכנות מורכבות שעשויות להכיל מודולים מורכבים.

כישלונות נפוצים

אם ה-SEC והגיבוי חולקים את אותו אוטובוס כוח, את אותה גרסת תוכנה, או ממוקמים באותו מיקום פיזי, אירוע יחיד (כמו גל כוח, באג תוכנה, או שביתה מיקרו-מאוראידית) יכול להשבית את שני מהנדסים חייב להציג מגוון: באמצעות לוחות אלקטרוניקה שונים, הזנות חשמל נפרדות, והפרדה פיזית.

תקציבים ותקציבי נפח

על לוויינים קטנים רבים (CubeSats ו microsats), המסה והנפח זמינים כל כך חזק כי מלא אדום הוא בלתי אפשרי. במקום זאת, מהנדסים להסתמך על חלקים של אחריות גבוהה בשוליים עיצוב שמרני.חלק מהמשימות לקבל את הסיכון של כשל TCS יחיד אם העלות של תוספת Redundancy יהיה להפוך את המשימה ללא מרשם.

כישלון

מערכת מאוזנת יכולה לפעמים ליצור מסלולים חדשים לכישלון.לדוגמה, אם משאבת גיבוי לא תצליח באופן שחוסם את לולאה הנוזלית, היא יכולה גם להשבית את המשאבה העיקרית.שיסתום וסתמי בדיקה משמשים כדי למנוע תרחישים כאלה. בדומה, מעגל קצר חום גיבוי יכול לטעון את אספקת החשמל, המשפיע על שני המהנדסים.

חידושים עתידיים ב- Redundant TCS

כשמשימות חלל הופכות שאפתניות יותר – כולל משימות מאוישות למאדים, טלסקופי חלל גדולים, וכריית חלל עמוקה – גישות חדשות ל-TCS מתעוררות.

ייצור ואינטגרציה

חילופי חום מודפסים תלת מימדיים וערוצי נוזל יכולים ליצור נתיבים קומפקטיים, קלים משקל בתוך מרכיב יחיד.לדוגמה, רדיור מודפס מונוליטי יכול להיות שני מעגלים נוזליים עצמאיים מופרדים פיזית על ידי קיר דק.אם אחד מעגלים דולפים, השני נשאר פונקציונלי.אינטגרציה זו מפחיתה את מספר החלקים נפרדים וסימולציות הרכב.

Active Thermal Control with AI Fault Detection

אלגוריתמי למידת מכונות יכולים לפקח על מאות טמפרטורה, לחץ וזרימה אותות כדי לזהות כישלונות בלתי אפשריים לפני שהם הופכים קריטיים.לדוגמה, מודל AI מאומן על טלמטרי יכול לזהות שינויים עדינים במשאבה הנוכחית או חום המקדם את האפקטיביות כי לפני כן, AI יכול אז לעסוק באופן אוטונומי רכיבי גיבוי או להתאים נקודות כדי למנוע כשל מלא.

צינורות חום משתנים ו- Loop HeatPipes

מתקדם שני התקנים בקרה תרמיים כגון צינורות חום לולאה (LHPs) ו צינורות חום משתנה (VCHPs) לספק באופן טבעי מידה מסוימת של undancy כי הם יכולים לפעול עם מספר רב של evaporators או condensers. A יחיד LHP יכול להיות שלושה evaporators: אם אחד נכשל, האחרים ממשיכים להפיץ את נוזל העבודה.

על פי חוקה ותיקון

Redundancy אינה תמיד מתכוונת לחיסכון; היא יכולה גם להיות היכולת לתקן או להחליף רכיבים כושלים.משימות של שירות רובוטי, כגון OSAM-1 של נאס"א (על אורביטה, האסיפה והייצור), במטרה לתדלוק ולהחליפך רכיבים תרמיים כמו רדיורנים על לווינים קיימים.

מסקנה

ונדמנט במערכת הבקרה ה-thermal חיוני כדי להבטיח אמינות המשימה בסביבה הקשה של החלל.על ידי שילוב של שכבות מרובות של מערכות גיבוי - ממשאבות ומחממים ללולאות קירור שלמות - גורמים יכולים למנוע כישלונות שעלולים לפגוע אחרת במשימה כולה.הבחירה בין פעיל, פסיבי, היברידי, היברידית, והיברידי ההיברידיעה תלויה בסיכון של המשימה, המונים ותקציבי כוח, ואת חיוניות של חלליות, ככל שתמשיך, כמו גם בעתיד, כמו גם פיתוח יעיל יותר, קריפטומי, והצלחה, וקידום חומרים חדשים, דורש יותר, תכנון מחדש, כוח, וקידום יעיל יותר, דורש יותר, קריפטוגרפיים, דורש יותר, בטווח הארוך יותר, יותר, קרי יותר, על ידי משימות יצירתיות, כוח, כוח חוזר יותר, וחדשנות יעילה יותר, דורש יותר, ושיקום יעיל יותר, ושיקום יעיל יותר, קריפטומי, דורש יותר, קריפטוגרף, דורש יותר, על ידי משימות יצירתיות מחדש של משימות יצירתיות מחדש של משימות יצירתיות מחדש, תלוי במשימות יצירתיות מחדש של משימות מתקדמות יותר, קריפטוגרפיות, קריפטוגרפיות, תלויות, וחדשנות יעילה יותר, על ידי משימות מתקדמות יותר, קריפטוגרפיות, וחדשנות יעילה יותר, דורשות, קריפטומטרידות,

(ב) לקריאה נוספת על גבי חללית תרמית פיקוח ועיצוב מפוכח, ראה את ה-FLT:0) של נאס"א של המדינה-of-the-Art Small Spacecraft Technology: Thermal ControlofFLT:1 ואת ה-FLT:2 של ESA סקירה תרמית שליטה כללית תרמית של מערכת הבקרה של 6FLT 3.