Düşük Dünya yörüngesinde veya güneş sistemine daha derin bir şekilde çalışır Uzay sanatı, yüzlerce derece °C'ye sahiptir. Güneşli bir uydu, boş faz değişiklikleri için -150°C. Geleneksel termal yönetim - pasif radyatörler, ısıtıcılar, ısı boruları ve louversiyonları - daha fazla ısı kontrolü için son on yılda, yüksek sıcaklık ve enerji tasarrufu sağlar.

Mikroencapsated Faz Değişimi Nedir?

Faz değişikliği malzemeleri (PCMs), sıvı veya tersinden gelen ısıyı absorbe eden veya serbest bırakmamış bir ısıyı kullanan maddelerdir. Ortak örnekler paraffin balmumu, tuz hidratlar ve yağ asitleri içerir. PCM erimişken, mikrogravity'deki sıvı sızıntı neredeyse sürekli ısıyı depolar; katılaştırdığında, bu ısıyı serbest bırakabilir.

Mikroencapsulation, bu konuları, küçük bir PCM'nin ince, dayanıklı bir polimer kabuğunun içinde (tipik olarak melamine-formdehit, urea-formdehit veya poliurethane) 1 100 mikrometreye kadar uzanır. Sonuç olarak, PCM'nin kimyasal stabilitesi, ısıtılması veya tozlamaları önlemek için, kablolamaları veya betonları doğrudan boyaya dahil etmek için bir serbest taşıma veya toz tutma işlemidir.

Spacecraft için Anahtar PCM Adayları

  • [FONT=0) Paraffin balmumu[[DÜDÜT:1) (e.g., n-hexadecane, n-octadecane) - 18°C'den 60°C'ye puanlar, yüksek geç ısı (~200-250 kJ/kg) kimyasal olarak stabil, toksik olmayan.
  • [FONT=0)Salt hidratlar [[Döntgenler: [Döntgenler: 0,0) (e.g., CaCl2·6H2O) - orta geç ısı (~170 kJ/kg) ama süper soğutma ve faz ayrışmaya eğilimli; nükle birlikte gelişmiştir.
  • [FONT:0)Fatty asitler [DÜDÜT:1] (örneğin, palmiye asit, söpek asit) - iyi termal güvenilirlik, daha düşük maliyet, ancak parafins'ten daha düşük ısı.
  • [FONT=0) Metallic PCMs[[Dönetici: 1 ) (e.g., galium, indium) - çok yüksek termal iletkenlik ama 30°C'nin üzerindeki yüksek yoğunluk ve erime noktaları; özel yüksek enerjili yüksek termal depolamada kullanılır.

PCM seçimi, uzay aracı bileşeninin hedef işletim sıcaklığı aralığına bağlıdır. Tipik uydu elektronik (0-50°C), 30-40C'nin etrafında bir eritme noktası ile paraffin yaygındır.

Microencapsated PCMs for Spacecraft Thermal Control

Geleneksel pasif termal yönetimle karşılaştırıldığında (radyatörler, ısı boruları, termal kayışlar) ve aktif sistemler (sıcaklar, pompalar), mikroPCMs, özellikle uzay aracı ve güç-konstut ortamında değerli olan birkaç farklı avantaj sunar.

1. Minimal Mass ile Verimli Termal Düzenleme

Geç ısı depolama, hassas ısı depolamadan daha fazla enerji kapasitesinin siparişlerini sağlar (örneğin, alüminyum veya suda) 1 kg mikroPCM paneli, faz değişikliği sırasında yaklaşık 200 kJ /°C (ve sadece sıcaklığının yükselmesiyle birlikte) aynı miktarda depolanabilir veya serbest bırakma işlemi yapar.

2. Leakage Önleme ve Mikrogravity Güvenlik

yörüngede, herhangi bir serbest sıvı tehlikeli: hassas cihazlara yüzebilir, kısa sirkülasyon elektroniklerine veya hafif optik yüzeylere akıp gidiyor. MikroPCM'lerin polimer kabuğu fiziksel olarak, herhangi bir kapsülün veya parmak izinin iyileştirilmesine izin verirse bile, bu da hacimsel değişiklikler ve sızıntı riski yönetmek için nadir hale gelir.

3. Mevcut Malzemeye Kolay entegrasyon

Mikrocapsules, sadece sıcaklık kontrol etmeyen bir mikroPCM ile kaplı olabilir, ancak ayrıca optik özellikler (solar absorptance, 3D baskılı polimerler) için önemli işlem değişiklikleri olmadan yeniden basılabilir.Örneğin, bir uzay aracı paneli, sadece sıcaklık kontrol eden bir mikroPCM ile kaplı olabilir, ancak 12°C'nin üzerindeki yüksek sıcaklık sağlar.

4. Özel Aşama Değişim Sıcaklıkları

Farklı PCM temel malzemeleri veya onları harmanlayarak, mühendisler mikroPCM'leri -50°C (örneğin, 10-25°C) ile 200 °C (yüksek güç elektronikleri için) şekillendirilebilir bir sıcaklık düzenlemesine izin verebilirler.

5. Pasif Operasyon Eliminates Power Draw

Soğutmaların veya aktif ağocoolers aksine, mikroPCMs elektrik gücü gerektirmez. Onlar tamamen geç ısı absorpsiyon/dönüşümlü ısı kontrolü için gerekli olan gücü azaltır, para yükleri veya genişletilmiş görev ömrü için watt azaltır.

Uzaylı Sistemlerde Uygulamaları

Mikroencapsated PCMs, enerji depolamasına termal korumadan çok sayıda alt sistemlere entegre ediliyor. İşte gerçek dünya veya yakın ışık uygulamaları ile önemli alanlar.

Termal Blankets ve Multi-Layer yalıtımı (MLI)

Konvansiyonel MLI, yüksek güneş flux'in birden çok katmanını kullanıyor, ısı yükünin bir kısmını absorbe ediyor, uzay aracında sıcaklık artışını geciktiriyor.

Battery Termal Yönetim

Uydulardaki Lityum-iyon aküler, batarya ve radyatörler arasındaki sabit ısıyı korumak için dar bir sıcaklık aralığı içinde kalmalıdır.Yüksek çözünürlükte (parçalama sırasında), PCM, tam güç için ihtiyaç duyduğunda, önemli ısıyı azaltır.Sürücük ve radyatörler geçici ısıyı emir, aşırı ısıyı önler.

Radioisotope Power Systems için ısı depolama (RPS)

Güneş panelleri için güneş ışığının çok zayıf olduğu derin uzay görevleri için radyoisotope termoelektrik jeneratörleri (RTG) sürekli bir güç sağlar, ancak Avrupa Uzay Ajansı'nın ısı depolamasını sağlar.(P.G)[Döneticileri veya sıcak-uplar sırasında).

Hassas Alet Sıcaklık Kontrol

Optik teleskoplar ve interferometreler son derece istikrarlı termal ortamlar gerektirir. MikroPCMs, araç konutlarında veya optik tezgahta yer alan ölçüm aletlerinin aktif ısıtıcılara neden olan ısı salınımlarını azaltabilir veya değişiklikler işaret eder. Örneğin, [[ENFLT:0)GRACE-FO görevi’nin yerçekimi ölçüm aletlerini talep eder; PCM tamponları aktif ısıtıcılara karşı yükleri azaltır.

Teknik Meydanlar ve Devamlı Araştırma

Sözcülüğe rağmen, mikroPCMs uzay ışığında rutin hale gelmeden önce birkaç engelin üstesinden gelmelidir. Uzayda vakum, radyasyon, termal bisiklet ve uzayın mikrogravity koşulları eşsiz stresler getiriyor.

Shell Durability in Vakum ve Radyasyonda Durabilir

Polimer kabukları vakumda, potansiyel olarak kütleyi kaybedebilir veya tuttle haline gelebilir. Ultraviolet radyasyon ve atomik oksijen (orta Dünya yörüngesinde) birçok polimeri ortaya çıkarır. Araştırmacılar, silikli veya grafikten oksit tabakalarını kullanarak, örneğin, yumuşak organik-inorganik kabuklar oluşturmak için kabuklu tabakaları kullanırlar.

Uzun Süreli Bisiklet Yeniden kullanılabilirliği

Uzay sanatı 10-15 yıl boyunca çalışabilir, yani binlerce erimiş döngüler anlamına gelir, PCM ve kabuk arasındaki diferansiyel ısı genişleme çatlaklara neden olabilir; ayrıca, PCM poli(özellikle tuz hidratları) göre değişir.Mevcut araştırma uzay uygulamaları için incelenir.

Termal Davranışı Geliştirmek

Çoğu PCM'nin düşük termal iletkenliği vardır (0.1-0.3 W/m·K), mikrokapsules'in içine ve dışına ısı geçişi.% 1 söndürücü, karbon nanotüps, grafikene nanotüpleri veya metal nanopartiküller,% 320 oranında gömülü olabilir.

Faz Değişim Davranışları Üzerine Mikrogravity Effects on Faz Change Davranışları

Mikrogravity, buoyancy-güdümlü konveksiyonu sıvılaştırılmış PCM'nin baskı altında olduğu gibi azaltılabilir. Bu, ısı transfer oranlarının sadece difüzyona bağlı olduğunu ileri sürer. Ek olarak, yerçekimi eksikliği, sıvılığa karşı "başarısız" değil, temas alanına yönelik boşluklar yaratabilir.Bu etkileri değerlendirebilir. Preliminary data, 10 μm altında kapsüller için daha küçük yüzey gerilimi güçlüğü ve fazı davranışının ortadan kaldırılmasına neden olabilir.

Future Yol ve Potansiyel Kısıtlamalar

Alan hızla ilerliyor. ufukta çeşitli yenilikler, uzay aracı termal sistemler için daha çekici hale gelebilir.

Biyodegradable ve Bio-Kaynaklanmış PCMs

Çevre düzenlemeleri sürdürülebilir malzemelere ilgi duyuyor. Biyo tabanlı PCMs bitki yağlarından (soybean, palm) karşılaştırılabilir geç ısı ve yenilenebilir. Hücre veya chitosan'dan elde edilen biyo-gradlanabilir kabuklar ile çift, tamamen sürdürülebilir bir mikroMPC, başlangıç endişelerini azaltabilir ve son yaşamdaki yıkım riskini azaltabilir. Erken çalışmalar 500+ döngüsü boyunca cyclability gösterir.

Multi-Phase Geniş Sıcaklık Kontrol için Malzeme Değiştiriyor

Bir PCM yerine, araştırmacılar birden fazla temel-kat tabakalarıyla kapsül geliştiriyorlar, her biri farklı bir erime noktası ile.Tek bir parçacık üç farklı sıcaklık rejimlerini kırabilir. Alternatif olarak, farklı PCM'ler ile mikrokapsules karışımları tek bir panele entegre edilebilir. Bu, uzay aracının hem soğuk hem de sıcak-tavıklı senaryoları tek bir pasif sistemle idare etmesine izin verir.

Dijital Twins ve Model tabanlı Optimizasyon

MikroPCM kompozitlerinin fizik tabanlı modellerini kullanarak, mühendisler Dünya gözlem uyduları için dijital ikizler oluşturabilir. Bu simülasyonlar sıcaklık profillerini tahmin eder ve PCM kütle, tabaka yerleştirme ve parçacık büyüklüğü dağılımını optimize etmenize yardımcı olur. ESA'nın Temiz Uzay inisiyatifi, Dünya gözlem uyduları için termal kontrol maliyetini azaltmak için bu tür araçları geliştiriyor.

3D Printing ve Katkı İmalatı ile entegrasyon

MikroPCM yüklenmiş filamentlerin doğrudan uzay aracı veya elektronik üzerine baskı yapılmasına izin verebilir. Bu, karmaşık geometrilere uygun ısı batmasını sağlar. [03.2012]

Aktif-Passive Hybrid Systems

Sıcaklık boruları veya termoelektrik cihazları ile mikroPCM'leri birleştirmek, görev aşamasına bağlı olarak ısıyı yönlendiren ve salıveren ısıtımı yapan "akıllı" termal cilde sahip olabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Mikroencapsated faz değişikliği malzemeleri uzay aracı termal yönetimde sessiz bir devrim temsil eder.Onlar hassas aletleri ve güç sistemlerinden pasif olarak absorbe etme ve çok miktarda geç ısı serbest bırakma yeteneği, sızıntısız kapsam ve kolay entegrasyon ile birlikte, geleneksel termal kontrol yöntemlerinin birçok zayıf yönlerine hitap eder. Uzay sanayisi hassas araçlar ve güç sistemlerinden, mikroPCMs, daha kısa sürede yörüngede kalırken, yüksek çözünürlükte, iletkenlik, iletkenlik, iletkenlik ve mikrogravity davranışı ile birlikte - devam eden araştırma ve yeni malzemelerin gelişimi sürekli olarak, uzay sanayisinin daha küçük bir boşlukta hareket eder.