На кокосовому вогні та холоді

На спекотні літні дні час говорити про тепло і холод простору. Завдяки науково-фантастичним фільмам, наукі та не дуже популярні наукові програми, багато людей стали переконані, що простір є однозначно холодним місцем, в якому найголовніше – знайти як зігріти. Але це насправді набагато складніше.


Фото космонавта Павло Виноградов

Щоб зрозуміти тепло або холод в космосі, необхідно спочатку повернутися в основи фізики. Що таке тепло? Концепція температури відноситься до органів, молекули яких знаходяться в постійному русі. Коли ви отримуєте більше енергії, молекули рухаються більш активно, і коли ви втратите енергію, вони рухаються більш повільно.

Три висновки слідують від цього факту:
(1) вакуум не має температури;
(2) в вакуумі є тільки один метод теплопередачі - випромінювання;
(3) об'єкт у просторі, фактично група рухомих молекул, може бути охолоджений, якщо контакт проводиться з групою повільних молекул або нагрівається за допомогою швидкої групи.

Перший принцип використовується в термосі, де вакуумні стіни тримають температуру гарячого чаю і кави. Аналогічно, зріджений природний газ перевозиться в танкерах. Другий принцип визначає так звані умови зовнішнього теплообміну, тобто взаємодію Сонця (і/або інших джерел випромінювання) та космічних апаратів. Третій принцип використовується в оформленні інтер'єру космічних апаратів.

Коли ми говоримо про температуру простору, ми можемо означати дві різні температури: температура газу, що розкидається в просторі або температуру тіла в космосі. Як кожен знає, є вакуум в просторі, але це не зовсім вірно. Майже весь простір там, хоча б всередині галактики, заливається газом, просто так тонкий, що він практично не має термального ефекту на тілі, він містить.

Молекули є надзвичайно рідкісними в рідкому космічному газі, і їх вплив на макрооргани, такі як супутники або астрономаути, недбалі. Такий газ може бути нагріваний до екстремальних температур, але через рідкість молекул, космічні мандрівників не відчувають себе. Це, для більшості звичайних космічних апаратів і суден, неважливо, яка температура міжпланетного і міжземного середовища має: принаймні 3 Кельвін, принаймні 10000 градусів Цельсієм.

Що важливо, щоб наш космічний орган був, температура його, і які джерела випромінювання знаходяться поруч.

Головне джерело теплового випромінювання в нашій сонячній системі є сонцем. І Земля досить близько до неї, тому в ближньої орбіті дуже важливо коригувати «реляцію» космічних апаратів і Сонця.

Найчастіше чоловічі предмети в просторі намагаються обгорнути в багатошарову ковдру, яка не дає тепла супутника, щоб перейти в простір і не дозволяє променям Сонця обсмажити ніжні інтер'єри пристрою. Багатошарова ковдра називається EVTI - термоізоляція екрану, «золотий фольга», яка насправді не золото або фольга, але полімерна плівка, покрита спеціальним сплавом, схожим на один, в якому квіти загорнуті.

Тим не менш, в деяких випадках, і деякі виробники, EVTI не схожий на фольгу, але виконує однакову функцію ізоляції.

Іноді деякі поверхні супутника залишаються відкритими так, щоб вони або поглинали сонячне випромінювання, або видаліть тепло в простір зсередини. Зазвичай в першому випадку поверхня покривається чорною емаллю, сильно поглинаючи випромінювання Сонця, а в другому - з білою емаллю, добре відображаючи промені.

У випадку, коли на борту апарати космічних апаратів повинні працювати при дуже низькій температурі. Наприклад, спостережники Millimetron і JWST будуть спостерігати теплове випромінювання Всесвіту, і для цього обидва дзеркала їх на борту телескопів і радіаційних ресиверів повинні бути дуже холодними. На JWST основне дзеркало планується охолоджувати до -173 градусів Цельсієм, а на Міліметроне - навіть нижче, до -269 градусів Цельсієм. Для того, щоб Сонце не нагрівав спостережників простору, вони покриті так званим екраном випромінювання: різновид багатошарової сонячної парасольки, схожої на EVTI.

До речі, тільки для таких «холодних» супутників, невелике опалення від рідкісних просторових газів і навіть від фотон реліктової радіаційної начинки весь Всесвіт стає важливим. Це частково тому, що Millimetron, що JWST відправляється з теплої Землі в точку Lagrange, 1.5 млн км. На додаток до сонячних парасольок, ці наукові супутники матимуть комплексну систему з радіаторами та багатоступінчастими холодильниками.

З іншого боку, менш складні пристрої, теплові розряди в просторі також проводять через випромінювання від радіаторів. Зазвичай вони покриті білою емаль і намагаються розмістити або паралельно сонячним світлом або в тіні. Погода супутник "Електро-Л" був необхідний для охолодження матриці інфрачервоного сканера до -60 градусів Цельсій. Цей був досягнутий за допомогою радіатора, який постійно зберігся в тіні, і кожні шість місяців супутник був розгорнутий 180 градусів, щоб нахил осі Землі не привели до радіатора, що падає під сонячні промені. У дні ехіноксів супутнику довелося зберігати злегка під кутом, тому артефакти з'явилися в картинках на стовпах Землі.

Обігрів є однією з перешкод у створенні космічних апаратів з потужним джерелом ядерної енергії. Електроенергія на дошці отримують від тепла з ефективністю значно менше 100%, тому надлишок тепла повинен бути відхилений в простір. Традиційні радіатори, що використовуються в даний час, будуть занадто великими і важкими, тому тепер в нашій країні працює перед тим, щоб створити крапельні холодильники-емітери, в яких охолоджувач у вигляді крапель, що летить через зовнішній простір і дає їм тепла шляхом вивчення.

Основним джерелом випромінювання в сонячній системі є Сонце, але планети, їхні супутники, копити та астероїди, роблять значний внесок у тепловий стан космічних апаратів, які мухаються навколо них. Всі ці небесні органи мають власну температуру і є джерелами теплового випромінювання, що, крім того, взаємодіє з зовнішніми поверхнями апарату по-різному, ніж гаряче випромінювання Сонця. Але планети також відображають сонячне випромінювання, і планети з щільною атмосферою відображають дифузно, атмосферні знамениті тіла - за особливим законом, і планети з рідкісною атмосферою, як Марс - все одно відрізняється.

При створенні космічних апаратів необхідно враховувати не тільки «реляції» апарату і простору, але і всі пристрої і пристрої всередині, а також спрямованість супутників відносно джерел випромінювання. Розроблено окрему систему обслуговування для забезпечення того, що деякі не опалювальні інші та інші не замерзають, що підтримується робоча температура на борту. Це називається "Системою керування," або OTR. До послуг гостей: холодильники та холодильники, радіатори та нагрівачі, датчики температури та навіть спеціальні комп’ютери. Активні або пасивні системи можуть використовуватися при ролі обігрівачів, що виконуються робочими пристроями, і радіатор є кузовом пристрою. Для приватного російського супутника Dauria Aerospace створена проста і надійна система.

Більш складні активні системи використовують циркуляційні охолоджуючі або теплові труби, такі як часто використовуються для відведення тепла від процесора до радіатора в комп'ютерах і ноутбуках.

Відповідність теплового режиму часто є вирішальним чинником в експлуатації пристрою. Наприклад, чутливі до перепадів температур, Lunokhod-2 загинув через деяку безглузду ручку чорної облицювання на даху. Сонячне випромінювання, яке більше не було відображено теплоізоляцією, призвело до перегріву обладнання та збою «люнарного трактора».

При створенні космічних апаратів і суден, дотримання теплового режиму здійснюється в індивідуальних інженерних фахівців в SOTR. На супутнику DX1 Олександр Шаєнко, і він допоміг створити цей матеріал. Зараз Олександр зайнятий лекції на космонавтику і створення власного супутника, який буде служити популяризації простору, ставши найяскравішим об'єктом в небі після Сонця і місяця.

Тому нам потрібен новий фахівець в ОТР в Даурії. Якщо у вас є такий друг, давайте йому написати наш Сколково офіс.

Джерело: habrahabr.ru/company/dauria/blog/234121/