Пристрій із тепловим вимикачем підвищує довговічність місяцехода в суворому місячному кліматі. Він нагріватиме апарат вночі, коли температури стають мінусовими, й охолоджуватиме його вдень, коли вони надзвичайно високі.
Технологія теплових вимикачів
Астронавти, які керують транспортним засобом, мандруючи місячним ландшафтом, стикаються не лише з небезпеками, пов’язаними з невагомістю та падінням у кратери, а й з проблемою екстремальних коливань температури. На Місяці вона коливається між спекотними максимумами в 127°C і холодними мінімумами у -173°C.
Майбутні місії з дослідження Місяця потребуватимуть надійних апаратів, здатних функціонувати в цих суворих умовах. Це спонукало команду з Університету Нагої в Японії винайти пристрій із тепловим вимикачем, який обіцяє продовжити термін експлуатації місячних апаратів. Їхнє дослідження, проведене у співпраці з Японською агенцією аерокосмічних досліджень, було опубліковане в журналі Applied Thermal Engineering.
«Технологія зміни теплового режиму, яка дозволяє перемикатися між денною тепловіддачею і нічною ізоляцією, має важливе значення для довгострокового дослідження Місяця, — сказав провідний дослідник Масахіто Нісікавара. — Вдень місяцехід активний, і електронне обладнання генерує тепло. Оскільки в космосі немає повітря, його необхідно активно відводити й розсіювати. З іншого боку, під час надзвичайно холодних ночей електроніка має бути ізольована від зовнішнього середовища, щоб не переохолоджуватися».
Як працює пристрій
Сучасні пристрої, як правило, покладаються на нагрівачі або пасивні клапани, прикріплені до контуру теплових труб для нічної ізоляції. Однак перші коштують дорого, а другі можуть збільшити швидкість потоку рідини, що призводить до падіння тиску, а значить, і ефективності теплопередачі.
Технологія, розроблена командою Нісікавара, пропонує золоту середину. Маючи менший перепад тиску, ніж у пасивних клапанів, і менше споживання енергії, ніж у нагрівачів, вона зберігає тепло вночі без шкоди для ефективності охолодження вдень.
Розроблений командою терморегулятор поєднує в собі петлеву теплову трубу (LHP) з електрогідродинамічним (EHD) насосом. Вдень електрогідродинамічний насос неактивний, що дозволяє LHP працювати у звичайному режимі. У місяцеходах у LHP використовується холодоагент, який циклічно переходить із пароподібного в рідкий стан.
Економія електроспоживання
Коли пристрій нагрівається, рідкий холодоагент у випарнику випаровується, виділяючи тепло через радіатор ровера. Потім пара конденсується назад у рідину, яка повертається у випаровувач, щоб знову поглинати тепло. Цей цикл відбувається за рахунок капілярних сил у випарнику, що робить його енергоефективним.
Вночі насос EHD створює тиск, протилежний потоку LHP, зупиняючи рух холодоагенту. Електроніка повністю ізольована від холодного нічного середовища з мінімальним споживанням електроенергії.
Дослідження команди включали вибір форми електродів, проектування пристрою, оцінку продуктивності та демонстраційний тест із зупинки роботи LHP за допомогою насоса EHD. Результати показали, що споживання електроенергії вночі було майже нульовим.
Які перспективи має пристрій
Значення цієї технології виходить за межі місяцеходів і розповсюджується на ширші сфери застосування в управлінні тепловим режимом космічних апаратів. Інтеграція технології EHD в системи управління теплоносіями може підвищити ефективність теплопередачі й пом’якшити експлуатаційні проблеми. У майбутньому це може відіграти важливу роль в освоєнні космосу.
Розробка цього пристрою з тепловим перемикачем знаменує собою важливу віху в розвитку технологій для довгострокових місячних місій та інших космічних досліджень. Все це означає, що в майбутньому місяцеходи та інші космічні апарати повинні мати краще оснащення для роботи в екстремальних умовах космосу.
За матеріалами phys.org
