Uzay Aracının Neden Gelişmiş Termal Düzenlemeye İhtiyacı Var

Uzay sanatı en aşırı ısıtılmış ortamda çalışır. Düşük Dünya yörüngesinde, bir uydu, aynı anda güneşe veya ısıtmaya 120°C'yi aştı -150°C'den karanlık tarafta. Derin bir bilimsel alandan çok daha fazla, güneş ışığının altında, bu kadar sürekli bir ısınamaz bir şekilde durmaksızın, uzayın vakumuyla birlikte, geleneksel konveksiyon tabanlı soğutma veya ısıtma kaybı veya ısıtma kaybıyla birlikte.

Termoelektrik cihazları bir türe kadar ortaya çıktı:0.Mutfak, kompakt ve sağlam devlet), bu cihazların arkasındaki fiziksel uygulamaları, uzaysal düzenlemelerdeki birçok zorluk veya jeneratörü ve gelecekteki görevler için daha fazla yetenekli hale getiren kesme araştırması.

Termoelektrik Etkileri

Termoelektrik cihazları 19. ve 20. yüzyıllar başlarında keşfedilen üç temel fiziksel fenomen üzerine inşa edilir: Seebeck, Peltier ve Thomson etkiler. Genellikle ayrı olarak tarif edilirken, bu etkiler sağlam taşıyıcıların termodinamikleriyle yakından bağlantılıdır.

The Seebeck Etkisi

1821 yılında Thomas Johann Seebeck, iki disimilar metalden oluşan bir devrenin farklı sıcaklıklarda yapıldığı zaman bir gerilim ürettiğini gözlemledi.Bu gerilim - termoelektrik elektromoktif kuvvet - görünüşe göre sıcaklık farkı ve malzemedeki görünüşe göre (α) Modern uygulamada, ağır yarı iletkenler (tipik olarak iki elektrik jeneratörleri)[GDüzücüler) veya silikon-germanyum alaşımları) kullanılır, çünkü onların Seebecke göre, yüksek çözünürlükte olan büyüklükler için daha büyük siparişler olabilir.

Peltier Etkisi

Jean Charles Athanase Peltier'in çalışmasından on iki yıl sonra keşfedin, bu etki aslında iki farklı iletkenin bir araya geldiğinde, ısının mevcut ve Peltier'in iki katın üzerindeki farkı emilir veya serbest bırakır.

Thomson Etkisi

Lord Kelvin (William Thomson) daha sonra bu gözlemler ile ilgili ilişkileri ortaya koyarken, Peltier ve Thomson katsayıları. Thomson etkisi, mevcut bir akışlar sırasında meydana gelen geri dönüşümlü ısıtma veya soğutmayı tanımlar. daha az doğrudan cihaz tasarımında kullanılırken, büyük sıcaklık farklılıkları altında termoelektrik cihazların performansını doğru bir şekilde modellemek için kritiktir - birçok uzay misyonunda bulunan koşulları ortaya koyar.

Uzaylı Mekanik Cihazların Türleri

Uzaylı uygulamalar için, iki temel termoelektrik cihazı dağıtılır: [[Düzg:0)[Döneticileri (TEC)[Döneticileri:2) ve elektrik enerjisinin pompalanması için tüketildiği (TEC) veya ısının elektrik üretmek için tüketildiği gibi (TEG) veya ısındığı fark edilir.

Termoelektrik Soğutmaları (TECs)

TEC'ler, uzayda serin kızılötesi sensörler, şarj edilen cihazlar (CCD) ve x-ray dedektörleri, ve TEC'ler, sıcak ve soğuk yönleri ile 60-C ısıtılabilir. Uzayda, daha derin soğutmalara ulaşmak için yığınlayabilirler.Çünkü TEC'ler tamamen sağlam bir şekilde ısıtılır ve elektromanyetik bir müdahale ve TEC'ler gerekmez - uzun süreli servis görevlerinin kısa sürede sabit olması gerekir.

Termoelektrik Jeneratörleri (TEGs)

TEG'ler doğrudan elektrik içine ısıtılır. Uzayda, TEG'lerin en yaygın ısı kaynağı, plutonium-238'in radyoaktif çürümesidir, İLRAD:0) Radioisotope termoelektrik jeneratörleri (RTG)[FLT)[D) ... . ... .. .... . ... . . . ... . .. .... ... ... .. ..... .....................................................................................................................................

Uzayda Uygulamalar Termal Düzenleme

Termoelektrik cihazları tek boyutlu bir çözüm değildir, ancak benzersiz özellikleri onları birkaç kritik termal yönetim görevleri için seçim teknolojisini yapar.

Bilimsel Instruments

Birçok bilimsel maaş yükü, 80 K'nin altında soğutulabilir ve mekanik kriocoolers (örneğin, Stirling veya pul-toks soğutucular) çok düşük sıcaklıklar elde edebilir, ayrıca yüksek soğutmalı görüntüleme kalitesi için vibrasyonelleri tanıtırlar.

Deep Space'de Güç Üretimi (RTG)

RTG'ler, 1960'lardan beri derin uzay araştırmaları için iş dünyası kaynağı olmuştur. Tipik bir RTG, doğrulanmış parçalar, hiçbir sıvı ve RTG'lerin verimliliği alfa çürümesi ile birlikte gelişmiştir.Bu ısının erken tasarımlarda% 7'ye kadar, Mars Bilim Laboratuvarında kullanılan silikon veya biyosmuth Telluride yapılır ve bu kadar düşük enerji tasarrufu sağlar.

Piller ve Elektronik için Aktif Termal Kontrol

Uzaylı piller özellikle sıcaklık için hassastır. Modern uydularda kullanılan iyon hücreleri en iyi 15°C ve 35°C arasında çalışır.Eğer bir batarya çok soğuksa, iç direniş yükselir, kapasite azalır ve bu tür bir elektrik şarj ünitesi ve ısıtıcılar gibi yüksek ısıtılabilir.

Attitude Control components için ısı yönetimi

Rezoskopları ve yıldız pistleri, doğruyu korumak için sıkı termal toleranslar içinde çalışmalıdır. Birkaç derece sıcaklık değişikliği, performansları aksi takdirde bulanık kılacak mekanik genişleme veya sözleşmeye neden olabilir.Küçük termoelektrik kontrolörleri genellikle sıcaklıklarını stabilize etmek için eklenir. [Döneticileri:0)Hubble Space Teleskobu) örneğin, bazı iyi güneş ve pasif soğutma mekanizmalarına rağmen, bazı iyileştirici görüntüleri önlemek için TEC'leri kullanır.

Termoelektrik Cihazlarının Avantajları ve Sınırları

Anahtar Avantajı

  • [FONT:0) Hareket eden parçalar:[Döneticiler:[Döneticiler)) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
  • [[0)Compact ve hafif:[Dönetici:[Dönetici: 0) Tipik bir TEC modülü sadece birkaç milimetre kalınlığıdır ve birkaç gram ağırlığında ayarlanabilir. Birden fazla birim, uzay aracına önemli bir kitle eklemeden dizilerde düzenlenebilir.
  • [FONT:0)Silent operasyonu:[Dönetici:[Dönetici: 0,3) Akustik gürültü veya titreşim, hassas aletleri korumak ve mikrogravity deneyleri ile müdahale etmekten kaçın.
  • [FONT:0)Bi-yönerge yeteneği:[Dönetici:[Dönetici:0) Aynı cihaz, mevcut, basitleştirilmiş termal kontrol elektroniklerini geri çevirerek ısıtabilir ve farklı termal ortamlarda operasyon sağlar.
  • [FONT:0]No eksiler:[Dönemli olmayanlar:[Dönemliler: [Döneticiler veya kimyasal ısıtıcılar hariç), termoelektrik cihazları kalıcı yıllar veya on yıllar boyunca önemli olan görevlerin yok edilmesi gerekir.
  • [FONT:0)Radiation toleransı:[Dönetici:[Dönetici:0) Mekanik termoelektrik malzemeleri uzayda bulunan iyonize radyasyona karşı doğal olarak dirençlidir, çünkü bazı elektronik gibi şarj depolama veya kırılgan kapı oksitlerine güvenmezler.

Sınırlamalar ve Zorluklar

  • [FONT:0)Moderate verimliliği: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSTR:0)SÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞ
  • [FONT:0)Heat reddedilme gereksinimi:[Dönetici:[Dönetici:0)[değiştir | kaynağı değiştir] TEC'ler, mevcut ısıdan bir ısı batağına kadar pompalanan ısı artısını reddetmeli.
  • [FONT=0)Malzeme zamanla bozulabilir: [Dönüşük: [Dönüşük: 0:0) Yüksek sıcaklıklarda (above 500°C), difüzyon ve altlimasyon termoelektrik bacaklarını ve bağlantı malzemelerinin düşmesine neden olabilir. Gelişmiş kaplama ve encaplar için teknikler gereklidir.
  • [FONT:0] Yüksek performanslı malzemelerin en iyi termoelektrik materyallerinin çoğu (örneğin, bismuth Telluride, lead telluride ve utteruditler) sentezlemek veya nadir elementlere sahip olmak pahalıdır.
  • [FONT:0) Tek aşamalı TEC'ler için sıcaklık asansörü: [Dönetici: 1] Tek bir TEC modülü genellikle 70.000C'ye maksimum sıcaklık farkı üretebilir. Derin soğutma uygulamaları için, çok aşamalı modüller gereklidir ve bu da genel olarak COP'ı dramatik bir şekilde azaltır.

Devam eden Araştırma ve Future Prospects

Bu sınırlamalara rağmen, termoelektrik teknolojisi hem uzay hem de karasal uygulamalar tarafından otomobillerde ve endüstriyel süreçlerde atık ısı kurtarma gibi hızla ilerliyor. Araştırmacılar performans geliştirmek için birkaç strateji izliyor.

Yüksek zT ile Gelişmiş Malzemeler

Boyutlu değer rakam, malzeme bilim adamları için birincil hedef olmuştur. on yıllardır, yüksek sıcaklıklarda 1.5-1.8 ölçülmüş ve daha önce laboratuvar örneklerinde 2.5 üzerinde değer katmıştır. ”ŞUygunlar[Döneticiler[Döneticiler)[Dönetici bazlı bileşikler) [enerjik-enerjik bileşikleri)

Segmented ve Cascaded Modüller

Farklı termoelektrik malzemeleri farklı sıcaklık aralıklarında en iyi performans gösterir, mühendisler, çiftlerin düşük sıcaklık segmentine bağlanmak için yüksek sıcaklık segmentine bağlanır. Örneğin, yüksek sıcaklık aralığı yapılan yüksek sıcaklık segmenti, TEG verimliliğini% 15 veya daha fazla yükseltebilirsiniz.

Termoelektrik-Powered Active Soğutma Sistemleri

Sadece TEC'leri kullanmak yerine, bazı gelecek mimariler termoelektrik modüllerini küçük ısı boruları veya ısı borularını daha etkili bir şekilde dağıtmayı önerir.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.

İmalat İmalatı ile entegrasyon

3D baskı teknikleri, termoelektrik modüllerini karmaşık geometriler ve uygun malzeme gradients ile kumaşlamaları araştırılıyor. Bu, TEC'lerin uzaysal panellere veya hatta elektronik muhafaza duvarlarına doğrudan entegre edilmesine izin verebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Termoelektrik cihazları kendilerini uzay aracı için vazgeçilmez araçlar olarak kanıtlamıştır. Katı devlet doğası, güvenilirlik ve iki yönlü kapasite onları en sert, bakımsız bir alan olarak eşsiz bir şekilde en yüksek performanslı sistemlere sahip hale getirir. Uzay teleskopuna yarım yüzyıl boyunca daha derin bir şekilde enerjik araştırmalar sağlamak için, bu unvanlı modüller sessizce insanlığın en büyük bilimsel başarılarını sağlayacaktır.

Daha fazla okuma için, NASA'nın DÜDÜye genel bakışını keşfedin:0)Voyager'in güç sistemleri), [[ŞUYGÜ:2)DOE'nin RTG programı[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ)[DÜye Olmayanlar ve Ambalaj Sistemi[DÜye Olmayanlar İçin Yüksek Lisanslı Termoelektrikli Sistemler Üzerine Önlemler İçin Tıklayın.