Küçük Uydular için Ultra Hafiflü Radyatörlerin Gelişimi

Küçük uyduların hızlı çoğalması – CubeSats, NanoSats ve mikro-satellitler – uzaya erişime dönüştürüldü, Dünya gözlemlerinden ve iletişimden derin alana kadar uzanan görevleri hızla aşabilir.Bu kompakt platformlar maliyet, gelişim hızı ve esneklikte önemli avantajlar sunar. Ancak, azaltım boyutları ve sınırlı güç bütçeleri akut ısıtımı sağlamaz, bu tür yeniliklere ve sensörler, bu tür değişikliklerle ilgili tüm avantajları hızla aşabilir.

Küçük Uydularda Termal Meydan

Küçük uydular uzayın sert termal ortamında çalışır, uydunun ısısını daralttıkları yerde - çoğu elektronik için Dünya'ya yansıtırlar ve derin alanın soğuk geçmişi.İçinde, güç yükselteçleri, işlemciler ve reaksiyon tekerlekleri gibi bileşenler, yüksek izinli bir ısıtılır. 1U Cube 10 cm'ye kadar kütleli bir ısıtılır - 10 cm'ye kadar sert bir şekilde sert bir şekilde sert radyatörler.

Yeterli termal yönetimin sonuçları, batarya ömrünü azalttı, hassas optiklerin başarısızlık oranları arttı ve mekanik deformasyona neden olabilecek termal stres. Aşırı durumlarda, aşırı ısıtma, misyonun felaket kaybına yol açabilir.Küçük uydular daha hırslı roller alıyor gibi - sentetik aperture radar ve interplanetary probes gibi - verimli ihtiyaçlar, hafif termal kontrol daha da baskıya yol açabilir.

Uzayın Optimizasyon Tasarımları

Uzayın vakumunda, ısı transferi öncelikle radyasyon yoluyla gerçekleşir.The Stefan-Boltzmann yasası, bir yüzeyden gelen gücün, yüzey alanı ve dördüncü gücü, örneğin, beyaz boya (α~0.15, ⁇ ~0.85) veya ikinci sigortalı aynalar ile bunu elde etmek için güneş spektrumunda ısı kazanacağını belirtir.

Küçük uydular için tasarım meydan okuması, kitleyi düşük tutmak için yeterli radiating alanı elde etmektir. Bir yaklaşım radyatörü doğrudan uzay aracı yapısına entegre etmek, tüm şayi radıyting yüzeyi olarak kullanmak.Bir başka şey, başlangıçtan sonra ek yüzeyler dağıtmaktır.

Ultra-Lightweight Radyatörs'te Anahtar Yenilikler

Mühendisler ve malzemeler bilim adamları küçük uydu termal yönetimi taleplerini karşılamak için birkaç atılım teknolojileri geliştirdiler.

Yüksek- ⁇ -Conductivity Composites

Karbon fiber-reinforced polimerler (CFRPs) olağanüstü bir güç ve sertlik sunarken, alüminyumun bir kısmını tartarak yapılır.Son gelişmeler, yapısal elementler olarak ikiye katlanan CFRP panelini 500 W /m·K-kanıklı ısınabilir - bakırın -bir karbon veya karbon fiber levha dahil ederek - bu kompozitler, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir şekilde birleştirilebilir.

İnce-Film Rolexs

İnce film radyatörleri, 50 g /m2 altında ultra-toğraflı metal tabakalarını kullanıyor, bakır veya gümüş bir beton veya PEEK gibi esnek polimer substratları. Bu filmler, düşük ücretli kablolar ile incelenebilir ve ısı sızıntılarını en aza indirmek için eklenebilir.

İşlenebilir Rolexs

Güneş dizi mekanizmalarından ödünç alınan, uydunun yörüngede olduğu bir kez ortaya çıkan menajer paneller kullanılarak, "fan-kat" radyatörü, uzay aracının bir araya gelmesi gibi birden ince, esnek çarşaflardan oluşan bir başka şey, "origami" radyatörü, depolanmış bir membranın sabit bir şekilde yayılması veya küçük bir motora kadar uzanan bir yüzeyin dağıtımını gerektirdiği yerde, 5U CubeSat, yalnızca 10 cm × 10 cm × 2 cm'lik bir hacime kadar uzanan bir dağıtım hattını hızlandırabilir.

Faz Değişimi Malzemeleri (PCMs) ve Heat Pipes

radyatörler kendilerini değilken, PCMs ve ısı boruları, hafif radyatörlerin etkinliğini arttırır. PCMs - Paraffin balmumu veya tuz hidratlar gibi - erişim sırasında ısınır ısı boruları ve ısı boruları ısı boruları, ısı boruları minimum sıcaklık damlaları ile ısı geçişi ısıtılabilir.

Özel Rolex Geometrileri için Katkı İmalatı

3D baskı, radyatör yapılarının imalatını, betonun en yüksek ısı alanı olan karmaşık şekilleri ile sağlar. Lattice yapıları, dizi fins ve mikro kanal ısı değiştiricileri, alüminyum alaşımlardan, titanyumdan veya hatta yüksek ücretli polimerlerin entegrasyonuna olanak sağlar. Selective lazer (SLM) yapısal bütünlüğü korumak için aşağıda% 10 oranında küçültülebilir. Bu geometriler, geleneksel düz plakalardan daha yüksek ısı transferini sağlar.

Malzeme Bilimi Kıyırıklar

Kompozitlerin ötesinde, yeni malzemeler ultra ışık ağırlığı termal yönetiminin sınırlarını zorluyor.

Graphene ve Karbon Nanotüpsiyonlar

Graphene 5000 W /m·K ve sadece 2.2 g /cm3. Pratik grafiken filmler (örneğin, daha düşük grafiklere sahip) 1000 ila 2000 W /m •K ve 10-100 μm kalınlığında ısıtılabilir.Bu filmler son derece hafif ve esnektir, CubeSats üzerinde projeksiyon ünitesine sahiptir.

Elmas ve Elmas-De Karbon Gibi

Elmas, herhangi bir dökme malzemenin en yüksek ısı iletkenliği (2200 W/m·K) ancak büyük çarşaflara kumaş yapmak pahalı ve zordur. Elmas benzeri karbon (DLC) kaplamalar, kimyasal buhar onarımı ile depozito, yüksek derecede termal olarak iletken bir tabaka sağlayabilir (daha yüksek 1000 W /m·K) hafif substratlar üzerinde.

Yüksek izinli Seramik Kaplamalar

Seramik kaplamalarda ilerlemeler, pasif termal düzenleme ile yüzeyler üretirken, düşük ve yüksek eşdeğerliği% 0.1 olarak yüksek oranda üretmiştir. Bu “akıllı” radyatör kaplamaları, hem soğuk (kalp) hem de sıcak (güneşli) koşullarla hayatta kalmak için bile uygun olabilir.

Yapısal Tasarım ve Optimizasyon

Minimiz kütle malzeme ile bitmiyor; yapısal tasarım eşit derecede kritik bir rol oynar.

Topology Optimizasyonu

C ⁇ araçları, geleneksel olarak üretmek için mümkün olan organik, lattice benzeri tasarımları optimize edebilir, ancak CubeSats için en yüksek termal performansı elde etmek için en az kütleli radyatörler elde etmek için.

Origami-İşlenebilir Yapılar

Origami ilkeleri - birkaç metreye kadar düz bir sayfaya kadar - birkaç karenin bir yüzey alanına uygulanabilir.Bu yapılar esnek menajer ve form-memory polimerleri kendi kendine iş başında çalıştırıyor.Bir veyaigami radyatörü, 1U CubeSat'den bir yüzeye kadar dağıtan bir prototipe işaret ediyor.Theurl:0:0 Avrupa Uzay Ajansı (ESA) inceliyor veyaigami radyatörler)

Uydu Bus ile entegrasyon

Ayrı bir radyatör eklemek yerine, tasarımcılar daha fazla ısı kontrol fonksiyonunu uydu yapısına entegre eder. şasi panelleri, gömülü ısı boruları ile HTTPSP veya alüminyumdan yapılabilir, hem yapısal üyeler hem de ısıtılabilir yüzeyler. Bazı CubeSat tasarımları, dış duvarlar yüksek izinli dış yüzeyle kaplıdır (üçUlu bir yükleyici standoff veya ısı boşlukları ile birlikte).

Test ve Kazanılan Derece

Ultra-lightweight radyatörler, fırlatma ve uzay ortamının rigors'unu hayattamalıdır. Test şunları içerir:

Küçük uydu radyatörleri için Kazanılan Derece standartları genellikle daha büyük uzay aracı uygulamaları (örneğin, AIAA S-111, ECSS-E-ST-31C) ile elde edilir ancak daha düşük maliyet ve daha kısa programlar için CubeSat görevlerinin tipik olarak kabul edilir. Kabul testi genellikle uçuş ünitesinde azaltılmış bir ısı titreşim testi içerir.

Vaka Çalışmaları ve Misyonlar

Birkaç görev ultra ışık ağırlığı radyatörleri başarıyla göstermiştir:

Future Research and Yol

Önümüzdeki birkaç araştırma daha verimli ultra hafif radyatörler vaat ediyor:

Küçük uydu yetenekleri büyümeye devam ettikçe, verimli, güvenilir ve ultra ışık ağırlığı radyatörler için talep yalnızca yoğunlaşacaktır. Yeni malzemelerin yakınlaştırılması, gelişmiş üretim ve yenilikçi yapısal tasarım, bir zamanlar 10 kg altında platformlar için imkansız düşünülmüş olan termal kontrol çözümlerine olanak sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

ultra ışık ağırlığı radyatörlerin gelişimi, bir sonraki küçük uydular için teknolojiyi mümkün kılan kritik bir durumdur. Yüksek hacimli bileşiklere, ince filmlere, dağıtılabilir yapılara ve kesmeye hazır üretim tekniklerine sahip mühendisler, şimdi etkili bir ısı reddedilmesine izin verebilirler.Bu gelişmeler, küçük uydulara daha fazla talep edilen görevlerde, yüksek çözünürlüklü Dünya görüntülemeden derin alana kadar, onları çok değerli hale getiren maliyet ve program avantajlarına sahip olmak için daha fazla sınırda, yüksek çözünürlüklü ilerlemeye olanak sağlar.