Тепловой выключатель увеличивает срок службы лунохода в суровом лунном климате. Фото предоставлено: Шиничиро Киносита, Масахито Нисикавара.
Астронавтам, пилотирующим аппарат по лунному ландшафту, придется столкнуться не только с опасностями невесомости и обрушения кратера, но и с проблемой экстремальных колебаний температуры. Лунная среда варьируется от очень высоких температур до 127°C (260°F) до низких низких температур -173°C (-280°F).
Будущие миссии по исследованию Луны потребуют надежных машин, способных работать в этих суровых условиях. Это побудило команду из Нагойского университета в Японии изобрести устройство термовыключателя, предназначенное для продления срока службы лунных аппаратов. Их исследование, проведенное в сотрудничестве с Японским агентством аэрокосмических исследований, было опубликовано в журнале Applied Thermal Engineering.
«Технология термопереключателя, которая может переключаться между рассеиванием тепла в течение дня и изоляцией ночью, необходима для долгосрочных исследований Луны», — сказал ведущий исследователь Масахито Нисикавара. «В течение дня луноход активен, и 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».
В современных устройствах обычно используются нагреватели или пассивные клапаны, подключенные к тепловым трубкам для изоляции в ночное время. Однако нагреватели дороги, а пассивные клапаны могут увеличить скорость потока жидкости, что приводит к падению давления, которое может снизить эффективность теплопередачи.
Технология, разработанная командой Нишикавары, предлагает золотую середину. Благодаря более низкому перепаду давления, чем у пассивных клапанов, и более низкому энергопотреблению, чем у обогревателей, он сохраняет тепло ночью без ущерба для эффективности охлаждения в течение дня.
Устройство терморегулирования, разработанное командой, сочетает в себе петлевую тепловую трубку (КТТ) и электрогидродинамический (ЭГД) насос. В течение дня насос ЭГД неактивен, позволяя КТВ работать в обычном режиме. В луноходах в LHP используется охлаждающая жидкость, которая попеременно находится в парообразном и жидком состояниях.
По мере нагрева устройства жидкий охлаждающий агент в испарителе испаряется и выделяет тепло через радиатор марсохода. Затем пар конденсируется обратно в жидкость, которая возвращается в испаритель для повторного поглощения тепла. Этот цикл приводится в действие капиллярными силами в испарителе и поэтому является энергоэффективным.
Ночью насос ЭТД подает давление, противоположное потоку КТВ, останавливая движение теплоносителя. Электроника полностью изолирована от холодной ночной среды с минимальным энергопотреблением.
Исследования группы включали выбор формы электродов ЭГД-насоса, конструкцию устройства, оценку производительности и демонстрационные испытания остановки работы КТВ с помощью ЭГД-насоса. Результаты показали, что потребление электроэнергии в ночное время было практически нулевым.
«Этот новаторский подход не только обеспечивает выживаемость марсохода при экстремальных температурах, но также сводит к минимуму потребление энергии, что крайне важно в лунной среде с ограниченными ресурсами», — сказал Нисикавара. «Это закладывает основу для возможной интеграции в будущие лунные миссии и способствует реализации устойчивых усилий по исследованию Луны».
Влияние этой технологии распространяется не только на луноходы, но и на более широкие применения в области управления температурным режимом космических кораблей. Интеграция технологии EHD в системы управления теплоносителем может повысить эффективность теплопередачи и смягчить эксплуатационные проблемы. В будущем это может сыграть важную роль в освоении космоса.
Разработка этого теплового переключателя представляет собой важную веху в развитии технологий для долгосрочных лунных миссий и других проектов по освоению космоса. Все это означает, что луноходы и другие космические корабли будущего должны быть лучше оснащены для работы в экстремальных условиях. пространства.
Информация от: Университетом Нагои
