термодинамика – Охлаждение спутника

спросил 8 лет, 1 месяц назад

Изменено 3 года назад

Просмотрено 11 тысяч раз

$\begingroup$

Спутники являются изолированными системами, единственным способом передачи тепла тела в космическое пространство является тепловое излучение. Есть солнечные панели, поэтому во внутреннюю систему поступает непрерывный поток энергии. Отсутствие воздушного потока для легкой передачи аккумулированного тепла в космическое пространство. Какая система охлаждения используется в спутниках?

• термодинамика
• тепловое излучение
• спутники
• охлаждение

$\endgroup$

10

$\begingroup$

Обычно спутники используют радиационное охлаждение для поддержания теплового равновесия при заданной температуре.

То, как они это делают, во многом зависит от специфики орбиты спутника вокруг Земли. Например, солнечно-синхронные спутники обычно всегда имеют одну сторону в солнечном свете и одну сторону в темноте. Их особенно легко сохранять прохладными, потому что вы можете нанести белое покрытие на сторону, обращенную к солнцу, и черное покрытие на темную сторону. Белое покрытие имеет низкое значение поглощения излучения, в то время как черное покрытие имеет высокое значение излучения излучения. Это означает, что он может поглощать как можно меньше света, излучая при этом больше теплового излучения.

Различные типы спутников имеют разные стратегии охлаждения, но в целом охлаждение достигается за счет нанесения на космический аппарат функциональных покрытий, которые снижают или повышают поглощательную/излучательную/отражательную способность его различных поверхностей. При проектировании спутника космические инженеры проводят тепловой анализ и множество расчетов, чтобы определить, какие поверхности должны иметь какие значения поглощения, чтобы спутник мог поддерживать желаемую температуру.

Мне сложно сказать что-то более конкретное. Но именно поэтому любой хороший космический инженер знает, как найти покрытие с желаемыми значениями коэффициента поглощения/излучения в течение дня или двух.

$\endgroup$

3

$\begingroup$

Например, Международная космическая станция (МКС) имеет внешние тепловые радиаторы. Они похожи на солнечные батареи, но вместо того, чтобы указывать плоской стороной на солнце, они указывают на пустое пространство. Аммиачный контур переносит тепло от различных частей космической станции к радиаторам.

Это изображение радиатора: (источник)

• Внешняя активная система терморегулирования в Википедии

$\endgroup$

$\begingroup$

Сам спутник может работать с радиационным охлаждением, но некоторые приборы на борту, например, ИК-сенсоры, требуют температуры ниже 4 К, для чего используются гелиевые дьюары. Болометры требуют еще более низких температур (в диапазоне мК).

Хороший обзор доступен здесь.

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Существует несколько способов управления температурным режимом (охлаждение и нагрев) спутника и вообще космического корабля. Тепло от космического корабля в космосе можно отводить только излучением, если предположить, что космический корабль находится вне атмосферы планеты, такой как Земля или Титан (крупнейший спутник Сатурна) или Марс. Может использоваться комбинация одного или нескольких методов управления температурным режимом в зависимости от нескольких факторов, таких как полетное задание, допустимый диапазон температур, нагревательные и охлаждающие нагрузки, продолжительность полета, наличие экипажа или нет, а также доступный бюджет. Вот пример:

1. Использование покрытий и одеял для изоляции космического корабля от космоса. Это заблокирует солнечное излучение, поступающее на космический корабль. Он также сохраняет тепло космического корабля, а дополнительные нагреватели используются для поддержания желаемого диапазона температур. Затем избыточное выделяемое тепло отводится, например, путем непосредственного прикрепления мощного оборудования к поверхности металлической пластины, называемой радиатором.

2. Тепловые трубки и петлевые тепловые трубки также могут использоваться в сочетании с вариантом 1. Тепловые трубки позволяют добиться равномерной температуры в компонентах, а также могут передавать тепло от высокотемпературного салона к радиаторам.

3. Жидкостные контуры с механической подачей, действующие как тепловая шина, могут использоваться для отбора тепла от горячих компонентов и подачи его либо к компонентам, нуждающимся в тепле, либо к радиатору.

4. Материалы с фазовым переходом, такие как твердый парафин, обладают высокой теплоемкостью и могут аккумулировать и выделять тепло при необходимости путем плавления/замораживания

5. Жалюзи представляют собой пассивные системы, устанавливаемые перед радиатором.

   В условиях высокой температуры лопасти остаются открытыми, чтобы отводить тепло, но в холоде они автоматически закрываются. Биметаллическая пружина пассивно открывает/закрывает лопасти за счет теплового расширения.

6. Для криогенных применений, таких как ИК-датчики, где необходимы низкие температуры, могут использоваться криогенные жидкости, такие как жидкий гелий. Жидкий гелий может поглощать тепло, испаряться и выделяться во время коротких миссий. В длительной миссии радиатор отводит тепло или даже может использоваться цикл охлаждения.

7. Также использовались термоэлектрическое охлаждение и нагрев. Радиоизотопный нагрев вместо нагрева сопротивления можно использовать в межпланетных полетах

Вот несколько примеров:

1. Международная космическая станция, огромный спутник, использует контуры жидкости с механической накачкой. Марсоход и марсоход также используют контуры жидкости с механической накачкой

2. Телескоп Хаббл, большой спутник, в основном покрытия, покрытия и обогреватели

3. Спутник Программы поддержки обороны (DSP), который имеет ИК-датчик, помимо покрытий и одеял, использует материалы с фазовым переходом в сочетании с гелиевой петлей, которая отводит тепло через радиаторы.