Ученые создали устройство для облегчения работы роботов на Луне

Устройство с тепловым выключателем увеличивает долговечность лунохода в серьезном лунном климате. Он будет нагревать аппарат ночью, когда температуры становятся минусовыми, и охлаждать его днем, когда они чрезвычайно высоки.

Новое устройство для Луны
Новое устройство для Луны. Источник: Shinichiro Kinoshita, Masahito Nishikawara

Технология тепловых выключателей

Астронавты, управляющие транспортным средством, путешествуя по лунному ландшафту, сталкиваются не только с опасностями, связанными с невесомостью и падением в кратеры, но и с проблемой экстремальных колебаний температуры. На Луне она колеблется между жаркими максимумами в 127°C и холодными минимумами в -173°C.

Будущие миссии по исследованию Луны будут нуждаться в надежных аппаратах, способных функционировать в этих строгих условиях. Это побудило команду из Университета Нагои в Японии изобрести устройство с тепловым выключателем, обещающим продлить срок эксплуатации лунных аппаратов. Их исследование, проведенное в сотрудничестве с Японским агентством аэрокосмических исследований, было опубликовано в журнале Applied Thermal Engineering.

«Технология изменения теплового режима, позволяющая переключаться между дневной теплоотдачей и ночной изоляцией, имеет важное значение для долгосрочного исследования Луны, — сказал ведущий исследователь Масахито Нисикавара. — Днем луноход активен, и электронное оборудование генерирует тепло. Поскольку в космосе нет воздуха, его нужно активно отводить и рассеивать. С другой стороны, во время очень холодных ночей электроника должна быть изолирована от внешней среды, чтобы не переохлаждаться».

Как работает устройство

Современные устройства обычно полагаются на нагреватели или пассивные клапаны, прикрепленные к контуру тепловых труб для ночной изоляции. Однако первые стоят дорого, а вторые могут увеличить скорость потока жидкости, что приводит к падению давления, а значит и эффективности теплопередачи.

Технология, разработанная командой Нисикавара, предлагает золотую середину. Имея меньший перепад давления, чем у пассивных клапанов, и меньшее потребление энергии, чем у нагревателей, она сохраняет тепло ночью без ущерба для эффективности охлаждения днем.

Разработанный командой терморегулятор совмещает в себе петлевую тепловую трубу (LHP) с электрогидродинамическим (EHD) насосом. Днем электрогидродинамический насос неактивен, что позволяет LHP работать в обычном режиме. В луноходах в LHP используется хладагент, который циклически переходит из парообразного в жидкое состояние.

Экономия электропотребления

Когда устройство нагревается, жидкий хладагент в испарителе испаряется, выделяя тепло через радиатор ровера. Затем пар конденсируется обратно в жидкость, которая возвращается в испаритель, чтобы снова поглощать тепло. Этот цикл происходит за счет капиллярных сил в испарителе, что делает его энергоэффективным.

Ночью насос EHD создает давление, противоположное потоку LHP, останавливая движение хладагента. Электроника полностью изолирована от холодной ночной среды с минимальным потреблением электроэнергии.

Исследования команды включали выбор формы электродов, проектирование устройства, оценку производительности и демонстрационный тест по остановке LHP с помощью насоса EHD. Результаты показали, что потребление электроэнергии ночью было почти нулевым.

Какие перспективы имеет устройство

Значение этой технологии выходит за рамки луноходов и распространяется на более широкие сферы применения в управлении тепловым режимом космических аппаратов. Интеграция технологии EHD в системы управления теплоносителями может повысить эффективность теплопередачи и смягчить эксплуатационные проблемы. В будущем это может сыграть немаловажную роль в освоении космоса.

Разработка этого устройства с тепловым переключателем знаменует важную веху в развитии технологий для долгосрочных лунных миссий и других космических исследований. Все это означает, что в будущем луноходы и другие космические аппараты должны быть лучше оборудованы для работы в экстремальных условиях космоса.

По материалам phys.org