Луна — трудное место для выживания, и не только для людей. Дикие перепады температур днем и ночью чрезвычайно затрудняют создание надежного оборудования, которое будет продолжать работать. Но команда инженеров из Университета Нагои в Японии разработала новый энергоэффективный способ управления петлевыми тепловыми трубками (LHP) для безопасного охлаждения луноходов. Это продлит их продолжительность жизни, позволяя им участвовать в длительных миссиях по исследованию Луны.
Как обеспечить достаточную изоляцию марсохода, чтобы он мог пережить морозные лунные ночи, не готовя его в течение дня? Команда инженеров под руководством доктора Масахито Нисикавары из Университета Нагои, возможно, нашла ответ. Объединив петлевую тепловую трубку (КТТ) с электрогидродинамическим насосом (ЭГП), они создали механизм для эффективного охлаждения оборудования в космическом вакууме, но в форме, которую также можно отключать ночью. Важно отметить, что он настолько эффективен, что практически вообще не использует энергию.
Луна — чрезвычайно суровая среда для техники. Если не считать высокоабразивного реголита, который прилипает ко всему и встречается повсюду, на Луне нет атмосферы и очень медленный период вращения. Это означает, что дни и ночи на Луне длятся по 14 земных дней каждая и достигают экстремальных температур. Без атмосферы, которая могла бы изолировать и переносить тепло вокруг Луны, ночные температуры могут упасть до -173 градусов по Цельсию, в то время как нефильтрованное тепло Солнца приводит к тому, что дневные температуры поднимаются до 127 градусов по Цельсию.
Очень сложно спроектировать сложную технику, которая бы надежно работала в таких условиях. Длинные ночи означают, что энергию, полученную от солнечных батарей, необходимо хранить в очень больших батареях, но батареи плохо справляются с низкими температурами. Их можно подогревать с помощью электричества, но обогревателям необходим постоянный приток электричества, разряжающий аккумуляторы. В качестве альтернативы машину можно хорошо изолировать, чтобы она оставалась работоспособной в режиме ожидания, но это приводит к перегреву, когда она активна и когда восходит Солнце.
Перегрев может повредить аккумуляторы, но он не менее вреден для электронных компонентов. Активные системы охлаждения — традиционный ответ. Они работают аналогично радиатору в автомобиле, прокачивая охлаждающую жидкость через большой радиатор, но для их работы требуется электроэнергия. Это проблема, когда вам нужно, чтобы батареи проработали 14 дней до следующей подзарядки. Пассивные системы, такие как КТВ, эффективны и не требуют электроэнергии, но работают непрерывно, даже если вы предпочитаете обогрев.
«Технология теплового переключателя, которая может переключаться между дневным рассеиванием тепла и ночной изоляцией, необходима для долгосрочного исследования Луны», — сказал ведущий исследователь Масахито Нисикавара. «В течение дня луноход активен, а электронное оборудование выделяет тепло. Поскольку в космосе нет воздуха, тепло, выделяемое электроникой, должно активно охлаждаться и рассеиваться. С другой стороны, в очень холодные ночи электронику необходимо изолировать от внешней среды, чтобы она не переохлаждалась».
LHP можно рассматривать как нечто среднее между механизмом холодильника или кондиционера и тепловыми трубками современных портативных компьютеров. Как и в холодильнике, жидкий хладагент поглощает тепло, что приводит к его испарению. Затем пар проходит через радиатор, который охлаждает его до температуры окружающей среды. Это превращает его обратно в жидкость, и цикл повторяется. Фазовые изменения от жидкости к газу и обратно позволяют хладагенту очень эффективно передавать тепло. Тепловые трубки, напротив, используют капиллярное действие для перемещения жидкости между источником тепла (например, процессором вашего компьютера или графическим ускорителем) и радиатором. КТВ сочетают в себе действие капиллярной транспортировки тепловой трубы с фазовыми изменениями холодильной установки.
КТВ и раньше использовались в космосе, где они были оснащены клапанами, блокирующими поток хладагента, когда охлаждение не требуется. Однако эти клапаны значительно снижают эффективность охлаждения системы. Инновация Нисикавары заключается в замене клапанов электрогидродинамическим насосом. EHP — это насосы малой мощности, которые работают, индуцируя электрические токи в жидкости, а затем используя возникающее магнитное поле для приложения силы к жидкости. Преимущество этого метода заключается в том, что он не вмешивается в водопровод системы, а это означает, что поток не мешает потоку, когда он неактивен.
Команда Нисикавары добавила маломощные EHP к LHP, чтобы они действовали как очень эффективный клапан: когда им нужно выключить охлаждение, EHP активируется, чтобы создать небольшую противодействующую силу, которая останавливает поток хладагента, потребляя при этом лишь небольшое количество. власти.
«Этот новаторский подход не только обеспечивает выживание марсохода при экстремальных температурах, но также сводит к минимуму затраты энергии, что крайне важно в лунной среде с ограниченными ресурсами», — сказал Нисикавара. «Это закладывает основу для потенциальной интеграции в будущие лунные миссии, способствуя реализации устойчивых усилий по исследованию Луны».
