Инженеры придумали, как помочь роверам пережить суровую ночь на Луне
Луна считается очень суровым и негостеприимным местом, причем не только для людей, но и для техники: резкие перепады температур (от экстремального холода до невыносимой жары) негативно сказываются на работе автоматических межпланетных станций, луноходов и других космических аппаратов, находящихся на лунной поверхности. Но команда инженеров из Нагойского университета в Японии утверждает, что разработала эффективный способ решить эту проблему, по крайней мере, для роверов — с помощью контурных тепловых труб, которыми предлагается безопасно охладить луноходы.
Спроектировать и изготовить космический аппарат, который бы смог пережить суровые условия Луны и нормально функционировать, — крайне непростая задача. Помимо реголита, который прилипает ко всему и может вызывать перебои в работе электроники и оборудовании, ситуация осложняется еще и тем, что на этом небесном теле отсутствует атмосфера, а период его вращения очень медленный. Так, в частности, дни и ночи на Луне длятся по 14 земных суток, и температура в эти периоды может колебаться от минус 173 градусов по Цельсию (ночью) до плюс 127 градусов по Цельсию (днем).
Чтобы космические аппараты смогли «проснуться» после лунной ночи, получаемую от солнечных панелей энергию нужно накапливать в аккумуляторах очень большой емкости. Однако проблема в том, что батареи довольно плохо переносят экстремальный холод, а для их обогревания нужен постоянный приток электроэнергии — это, в свою очередь, быстро разрядит аккумуляторы. Еще один вариант — надежно изолировать оборудование, но тогда повышается риск его перегрева.
В этом смысле традиционным решением выступают системы охлаждения, которые работают наподобие обычных радиаторов в автомобилях. Они обеспечивают прохождение охлаждающей жидкости через трубки и резервуары, тем самым снижая температуру и создавая нормальные условия для работы двигателя. Но чтобы подобные системы заработали на Луне, нужно питание, а с этим могут возникнуть сложности, ведь аккумуляторы должны работать 14 дней до следующей подзарядки.
Команда инженеров под руководством доктора Нагойского университета Масахито Нишикавары предлагает использовать контурные тепловые трубы (КТТ) — герметичные устройства, которые могут передавать тепловые потоки разной мощности (от нескольких ватт до нескольких киловатт) и при различной ориентации, причем как в гравитационном поле, так и в невесомости. Более того, они не требуют каких-либо дополнительных источников энергии.
Фактически КТТ можно рассматривать как нечто среднее между оборудованием холодильника и тепловыми трубками в современных компьютерах. Только для перемещения жидкости между источником тепла и радиатором они используют капиллярное воздействие. «КТТ использует хладагент, который переходит из парообразного состояния в жидкое. Когда устройство нагревается, жидкий хладагент испаряется, выделяя тепло через радиатор лунохода. Затем пар конденсируется обратно в жидкость, которая возвращается в испаритель для повторного поглощения тепла. Этот цикл осуществляется за счет капиллярных сил в испарителе, что делает его энергоэффективным», — объясняют авторы исследования.
Подобные устройства уже применялись в космосе, но их оснащали клапанами для перекрытия потока хладагента. Нововведение же команды Нишикавары состоит в том, что клапаны заменяются электрогидродинамическим насосом. Он работает за счет создания электрического тока в жидкости, а затем использует результирующее магнитное поле для приложения к ней силы. По сути, система действует как эффективный клапан: когда нужно отключить охлаждение (на время лунной ночи), насос активируется и создает противодействие — поток хладагента останавливается, и на все это требуется незначительное количество энергии.
«Этот новаторский подход не только обеспечивает выживаемость лунохода при экстремальных температурах, но и сводит к минимуму затраты энергии, что является критически важным фактором в условиях ограниченных ресурсов Луны», — резюмировал инженер.
В ходе эксперимента инженеры разработали конструкцию системы, оценили ее производительность и провели демонстрационный тест для остановки работы КТТ с помощью насоса. Результаты показали, что потребление электроэнергии ночью было почти нулевым.
Ранее стало известно, что лунному зонду «Одиссей», который 23 февраля совершил не совсем удачную посадку на спутник Земли, удалось за довольно короткий срок активной работы провести эксперимент по радиоастрономии. Аппарат провел наблюдения нашей планеты в радиодиапазонах, подробнее читайте в нашей статье.
