Nanosatellites için Miniaturized Termal Kontrol Bileşenleri

Nanosatellites'teki Termal Kontrolün Büyülmesi

Nanosatellites - uzay araştırmalarında tipik olarak 1 ve 10 kilogram arasında ağırlık veren bir sınıf ve genellikle standart CubeSat platformu üzerinde inşa edilmiştir - uzay endüstrisine dramatik bir şekilde daha düşük maliyet ve gelişim zaman zaman çizelgesine dönüştürülerek, üniversitelere, startuplara ve uzay araştırmalarına doğrudan katılmak için ortaya çıktı. 2000'den beri nanosaitler, Dünya gözlem ve iletişimden teknoloji şovuna ve uzay dışı bilime kadar yapılan uygulamalarla.

Ancak, nanosatellitler çekici kılan çok avantaj - kompakt boyut, düşük kütle ve düşük güç bütçeleri - ayrıca ciddi mühendislik kısıtlamaları da yaratır.En kalıcı ve kritik zorluklardan biri termal yönetimdir. Uzayın vakumlanmasında, bileşenler aşırı sıcaklık hızları, geniş çaplı radyatörler, pompalanmış sıvılar, bataryalar da ısınır, optikler bozulmaz ve yapısal malzemelerle ısınır.

Bu kısıtlamalar, küçük termal kontrol bileşenlerindeki en yeni gelişmeler dalgasına yol açtılar. Mühendisler, katı kütle, hacim ve nanosatellitler içindekiler içindeyken sıcaklık istikrarını koruyan yeni cihazlar ve malzemeler geliştirdiler.Bu makale bu minyatür termal yönetim teknolojilerindeki en son gelişmeleri araştırıyor, görevlerin performansı üzerindeki etkisini ve her zaman daha yetenekli küçük uzay aracına olanak sağlayacak umut verici yönler geliştirdiler.

Neden Termal Kontrol Nanosatellitler için Eleştirel

Düşük Dünya yörüngesinde sıcaklık aşırıları (LEO), çoğu CubeSats faaliyetinde, -65 °C'den tam olarak aydınlatıldığında, yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylere kadar sıcaklıkları daha yüksek tutabilir. Aktif düzenleme olmadan, bu dalgalanmalar kapasite veya risk ısıtılabilir, yüzey kameraları veya yüksek çözünürlüklü görüntüleyicileri gibi hassas sensörler, tekrarlanan devreler halindeki çatlaklardan devre dışı bırakabilir ve tekrarlanan ısınır.

Sıcaklık kontrolü meydan okuması CubeSat form faktörü tarafından bileşiklenmiştir. A 1U CubeSat (10×10 cm) sadece yaklaşık 600 cm2 yüzey alanı vardır - daha büyük uyduların saçılma ısısı için kullanabileceği bir parça.Bu arada, elektrik kesintileri, ağırlamalar ve yüksek veri oranları gibi, yüksek çözünürlükte yüksek olan elektrik tüketimi daha fazla talep edilir.

Miniaturized Termal Bileşenler

Son on yılda, mikro-termal cihazların birkaç sınıfları özellikle nanosatellite ortamı için tasarlanmıştı. Bu bileşenler mikrofabrikasyon, malzemeler bilimi ve katkı sağlama için katkı ve depolama için mikro-projektif ısı taşıma, redüksiyon ve minimum hacim ve kütle ile satışa sunuldu.

Micro-Loop Heat Pipes (Mikro-LHP)

Ring ısı boruları (LHP) uzun zamandır pasif, iki fazlı ısı transferleri için daha büyük bir uzay aracı olarak kullanılmıştır.Onlar bir wicking yapısında çalışan bir sıvı, bir ısı kaynağından ısı transfer etmek için ısı transfer etmek (bir ısı kaynağına bağlı olarak) bir radyatöre bağlı olarak, CubeSats için anahtar yenilik minimsiyondur.

Son gelişmeler, Purdue ve UCLA gibi üniversitelerdeki tüm metal mikro-LHP'ler, örneğin NASAETHFLT:0)CryoCube) programı, 2022 yılında Uluslararası Uzay İstasyonu gibi bir mikro-LHP test etti, sıfır-gravity performanslarını doğru şekilde gerçekleştirmeyi hedefliyor.

[FONT=0]Dönemli bağlantı: [Dönetici: 0:1] NASA'nın Küçük Uzay Teknolojisi Programı, CubeSats için mikro-iki fazlı soğutma konseptlerini bir genel yayınladı. (https://www.nasa.gov/küçük-institute)

Gelişmiş Kaplamalarla Miniature Radyatörs

Radyatörler uzay aracı için en son ısı batıyor, ancak CubeSats için her kare senti sayılıyor. radyatör tasarımındaki yenilikler, güneş absorptivitesini artırmak için, yüksek çözünürlükte yüzeylere dayanan veya yüksek çözünürlükte yüzeylere dayanan yeni kaplama malzemeleriyle uygulanabilir.

Başka bir önemli ilerleme, Kapton-aum radiative çarşafları genişleten ve sonra yörüngede kazınmış olan dağıtım makinelerinin kullanımıdır.Intratlı hacimler için ek radiating alanı sağlar.[Döntgenler dahil).[Dönlü alaşımlar, kat radyatörler ve şişme patlamalar Kapton-aum radiative çarşaflar. NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) bu şekilde 10.000 $ 'ı doğruladı.

[FONT=0]Dön bağlantı: [Dönetici] Küçük uydular için dağıtılabilir radyatör teknolojilerinin ayrıntılı bir incelemesi, dergide bulunabilir. [FONT:2).Acta Astronautica).

Akıllı Multi-Layer yalıtımı (MLI) ile

Geleneksel multi-katıl yalıtım (MLI), yansıtıcı film ve uzaycılar tabakalarından oluşur. nano-mühendisler için, karmaşık bileşenlerle yakın temasa geçmek, performans bozulmasına yol açan, Akıllı MLI, ince film ısı sensörleri, ısı flux sensörleri ve hatta esnek ısıtıcıları doğrudan battaniye tabakaları kullanarak.

Smart MLI, sıcak dönemler boyunca ısıtımı teşvik etmek için otomatik olarak yapılandırılabilir. Bazı tasarımları değişken-emitleme malzemeleri içerir - elektroktrofik polimerler veya termokhromicler dioksit - bu da kızılötesi-parat yüzeysel bir şekilde tepki vermelerini sağlar.Bu malzemeler sıcak dönemler boyunca ısıtımı kontrol etmek için bir uyduya izin verir.

Faz Değişim Malzemeler (PCMs) Termal Buffering için

Faz değişikliği malzemeleri, erime veya sağlamlaştırma sırasında çok fazla geç ısıyı absorbe eder veya serbest bırakır. nanosatellitler, bu kısa ama yoğun ısı pulları güç yükselticilerinden veya bilim aletlerinden alır, küçük bir PCM modülü, ısı iletkenliği artırmak için kritik bir bileşeninin ısıtabilir ve sızıntıyı engelleyebilir.Bu kompozit PCM modüllerin sıcaklığının enkapsülme gücü üzerinde yoğunlaşabilir.

Başka bir yenilik PCM tabanlı termal anahtarlar kullanımıdır: PCM eritiği zaman, ısı battı, düşük ücretli bir ısı boşluğuna yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte devreler oluşturabilir.Bu işlem, yüksek güç işlemi sırasında 10:1'in geri dönüş oranını elde edebilir.

Nanosatellite Misyon Performansı Üzerine Etkisi

Bu miniaturized termal bileşenlerin entegrasyonu, ısıtımı olmayan 50-100 W'nin doğrudan ve ölçülebilir bir etkisine sahipti; 0:0)Ion-Scout) 12U CubeSat, 2023'te başlatılan bir ticari Dünya gözlemi, mikro-LHP'lerin bir kombinasyonunu kullanarak, sentetik bir gecikme radarı serinlemek için kullanılabilir bir radyatörler dağıtabilir.

Bilimsel alanda, [[Üyetim:0)CXUBS[DÜye Olmayanlar İçin Ultra-Bright Kaynağı) görevi, 2022 yılında başlatılan akıllı MLI battaniyesi, gömülü ısıtıcılarla dolu bir şekilde, jimium çinko tellerini (CZT:3) tam olarak -20°C, kumar makinesi için gerekli olan hassaslığı azaltmak için, ısıtımı için daha az miktarda W'yi ısıtmak için daha fazla güç kullanır.

Güvenilirlik avantajları da önemlidir. Küçük Uydu Sorumluluk Girişimi (SSRI), Havacılık Şirketi tarafından yönetiliyor, 200 CubeSat görevi üzerinde analiz ediliyor ve 2018 öncesi tüm anomalilerin% 30'unu hesapladı. Post--komponentler, termal başarısızlıkların kabul edilmesinden sonra, bu gelişme pasif, non-part ısı transfer cihazları ve sağlam PCM tabanlı koruma kullanımına atılıyor.

[FONT=0]Dön bağlantı: [Dönetici: 0:1] Uzay Politikası ve Strateji Merkezi, CubeSat güvenilirlikleri hakkında rapor yayınlar. (https://aerospace.org/publications)

Gelecek Yollar Miniaturized Thermal Control

Önemli ilerlemeye rağmen, alan olgun olmaktan uzaktır. Nanosatellitler boyutta büyür (örneğin, 16U, 27U) ve daha da zorlu roller alır - yüksek çözünürlüklü optik görüntüleme, lazer iletişim ve interplanetary görevler gibi - termal kontrol daha küçük, daha verimli ve daha akıllı çözümler vaat edecektir.

Nanomalzeme-bazlı Radyatörler

Radyatör performansı temel olarak malzemenin kızılötesi ışığı yayma yeteneği ile sınırlıdır. Nanoyapılı yüzeyler - karbon nanotüpleri, grafiken oksit filmlerini ve nanogözlü altınları kullanarak - tüm ısıtımı (>0.99NanoRads[tr|) üzerindeki testler, bu yüzeyler, kimyasal buhar veya elektrokimyasal etchingleri kullanarak doğrudan yetiştirilebilir ve bu tür bir sonraki optikte de artış gösterdi.

Pasif Radiative Soğutma (Below Ambient)

Dünya atmosferinin 8–13 μm penceredeki şeffaflığı sömüren ve hatta bu gruptaki fotonik yapılarında seçici olarak kullanılan malzemeler, UC Berkeley ve Colorado Üniversitesi'nde araştırmacılar tarafından üretilen gibi, bu tür malzemeler, uzayın ısısını altında serinleyebilir, potansiyel olarak bazı yüklerin ısıtılması için termoelektrik veya aktif bir soğutma ihtiyacını ortadan kaldırır.

Entegre Termal Sistemler için Katkı İmalatı

3D baskı teknikleri, ısı borularını birleştiren, radyatörleri ve yapısal elemanları tek bir parçaya birleştiren monolitik termal yönetim bileşenlerinin üretimine olanak sağlar. Lazer tozu yatak füzyon (LPBF) yüksek yüzeyli betonlu yapılar üretebilir (daha yüksek ısı parçaları için baskılı alüminyum ve bakır ısı değiştiricileri, veya karmaşık ısı boruları) Avrupa Uzay Ajansının planlanan 3D inçlik testinde belirtilen 3D inçlik bir test için ortakları ortadan kaldırır[DD)

Kendi kendine özgü

Termal arabirim malzemeleri (TIMs) - ısı kaynakları ve lavabolar arasındaki bağlantı boşlukları köprülemek için kullanılır - vibrasyon, termal bisiklet veya vakum koşulları nedeniyle zaman boyunca zaman ayırabilir. Araştırmacılar, düşük seviyeli bir alaşım veya sıvı metalin mikrokapıları içeren TIM'ler geliştiriyorlar.

Sonuç: Nanosatellite Termal Yönetim için Yeni Bir Çağ

Miniaturized termal kontrol bileşenleri konseptten gerçeğe taşındı, nanosatellite tasarımcılarına, CubeSats'ın katı form faktörüne uygun olan bir araç kutusuyla daha fazla standart elementler veriyor ve daha uzun süre önce aşırı ısıtılabilir radyatörler, akıllı MLI ve faz değişim malzemeleriyle çalışır.

Önümüzdeki gibi, nanomalzemelerin, katkı sağlamanın devam ettiği ve pasif radiative soğutma, çok yönlü ve küçük uzaysal sistemlerin büyüklüğü ve ağırlığını azaltacak, bu makalede daha da iddialı olan yenilikler, sadece artan iyileştirmeler olduğu gibi - bir sonraki uzay araştırma ve ticari uzay hizmetleri için temel bir olanak sağlayacaktır.