تعمل تكنولوجيا المركبات الثورية على الحد من درجات حرارة القمر القصوى

 هذه التكنولوجيا لها آثار تتجاوز المركبات القمرية، في تطبيقات أوسع لإدارة الحرارة في المركبات الفضائية

لا يواجه رواد الفضاء الذين يسافرون على سطح القمر في مركبة مخاطر انعدام الجاذبية واحتمال السقوط في حفرة فحسب، بل يواجهون أيضًا تقلبات حادة في درجات الحرارة. يتراوح المناخ القمري من درجة حرارة مرتفعة تصل إلى 127 درجة مئوية إلى درجة حرارة منخفضة تصل إلى -173 درجة مئوية.

ستحتاج البعثات القمرية القادمة إلى آلات موثوقة يمكنها العمل في هذه الظروف القاسية. إدراكًا للحاجة إلى آلات متينة لمواصلة استكشاف القمر، قام فريق من جامعة ناغويا في اليابان بتطوير جهاز تبديل حراري مصمم لتحسين متانة المركبات القمرية وإطالة عمرها التشغيلي.

وقال الباحث الرئيسي ماشيتو نيشيكاوارا: "إن تقنية التبديل الحراري التي يمكنها التبديل بين تبديد الحرارة أثناء النهار والعزل أثناء الليل ضرورية لاستكشاف القمر على المدى الطويل". "خلال النهار، تكون المركبة القمرية نشطة، وتنتج المعدات الإلكترونية الحرارة. وبما أنه لا يوجد هواء في الفضاء، يجب تبريد وتبديد الحرارة التي تنتجها الإلكترونيات بشكل فعال. ومن ناحية أخرى، خلال الليالي شديدة البرودة، يجب عزل الأجهزة الإلكترونية عن البيئة الخارجية حتى لا تصبح باردة جدًا."

تميل الأجهزة الحالية إلى الاعتماد على السخانات السلبية أو الصمامات المتصلة بأنابيب الحرارة في حلقة للعزل ليلاً. لكن السخانات باهظة الثمن والصمامات السلبية يمكن أن تزيد من سرعة تدفق السوائل، مما يتسبب في انخفاض الضغط الذي يمكن أن يؤثر على كفاءة نقل الحرارة. توفر التكنولوجيا التي طورها فريق نيشيكاوارا طريقًا ذهبيًا. مع انخفاض ضغط أقل من الصمامات السلبية واستهلاك أقل للطاقة من السخانات، فإنه يحافظ على الحرارة ليلاً دون المساس بأداء التبريد أثناء النهار.

يجمع جهاز التحكم في الحرارة الذي طوره الفريق بين أنبوب حراري ملتف ومضخة كهروهيدروديناميكية. أثناء النهار، تكون المضخة غير نشطة، مما يسمح لأنبوب الحرارة بالعمل بشكل طبيعي. في المركبات القمرية، يستخدم أنبوب الحرارة مبردًا يدور بين الحالة البخارية والسائلة. عندما يسخن الجهاز، يتبخر سائل التبريد الموجود في المبخر، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة عبر رادياتير السيارة. ثم يتم ضغط البخار مرة أخرى إلى سائل، والذي يعود إلى البخار لامتصاص الحرارة مرة أخرى. هذه الدورة مدفوعة بالقوى الشعرية الموجودة في البخار، لذلك فهي فعالة من حيث الطاقة.

وفي الليل، تمارس المضخة ضغطًا يعاكس التدفق في أنبوب الحرارة، مما يوقف حركة سائل التبريد. يتم عزل الأجهزة الإلكترونية تمامًا عن بيئة الليل الباردة مع الحد الأدنى من استخدام الكهرباء. تضمن بحث الفريق اختيار شكل أقطاب المضخة، وتصميم الجهاز، وتقييم الأداء، وإجراء تجربة توضيحية لإيقاف تشغيل الأنابيب الحرارية باستخدام المضخة. وأظهرت النتائج أن استهلاك الكهرباء ليلا كان تقريبا صفر.

وقال نيشيكاوارا: "هذا النهج الرائد لا يضمن بقاء المركبة في درجات الحرارة القصوى فحسب، بل يقلل أيضًا من استهلاك الطاقة، وهو اعتبار بالغ الأهمية في البيئة القمرية المحدودة الموارد". "إنه يضع الأساس للتكامل المحتمل في المهام القمرية المستقبلية، ويساهم في تحقيق نشاط استكشاف القمر المستمر."

 هذه التكنولوجيا لها آثار تتجاوز المركبات القمرية، في تطبيقات أوسع لإدارة الحرارة في المركبات الفضائية. يمكن أن يؤدي دمج التكنولوجيا الكهروهيدروديناميكية في أنظمة التحكم في التدفق الحراري إلى تحسين كفاءة نقل الحرارة وتقليل الصعوبات التشغيلية. في المستقبل، يمكن أن تلعب التكنولوجيا دورًا مهمًا في استكشاف الفضاء.

روفر الثوري_H