Nagoya Üniversitesi’nin yeni ısı şalteri cihazı, ay gezicilerinin Ay’daki aşırı termal koşulları verimli bir şekilde yönetmesine olanak tanıyarak, onların operasyonel ömrünü uzatıyor ve enerji kullanımını azaltıyor. Kredi bilgileri: Shinichiro Kinoshita, Masahito Nishikawara
Bir takım Nagoya Üniversitesi Ay gezicilerinin Ay’ın aşırı sıcaklıklarına dayanabilmesi için bir ısı şalteri cihazı icat etti. Teknoloji, soğutma ve yalıtım arasında geçiş yaparak termal kontrolü optimize ederek daha az enerjiyle daha uzun görevleri kolaylaştırır.
Ay’ın arazisinde bir araçla gezinen astronotlar, yalnızca sıfır yerçekimi ve olası krater düşmeleri tehlikeleriyle değil, aynı zamanda şiddetli sıcaklık dalgalanmalarıyla da mücadele ediyor. Ayın iklimi 127°C (260°F) gibi kavurucu yükseklerden -173°C (-280°F) gibi tüyler ürpertici en düşük sıcaklıklara kadar değişir.
Japonya’daki Nagoya Üniversitesi’nden bir ekip, ay gezicilerinin dayanıklılığını artırmak için tasarlanmış bir ısı anahtarı cihazı geliştirdi. Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı ile yaptıkları ortak araştırma, Uygulamalı Termal Mühendislik dergisinde yer aldı.
Gelecekteki ay görevleri, bu zorlu koşullar altında çalışabilecek güvenilir makinelere ihtiyaç duyacak. Ay’ın gelecekteki keşifleri için sağlam makinelere duyulan ihtiyacın farkına varan Japonya’daki Nagoya Üniversitesi’nden bir ekip, Ay’da gezinen araçların operasyonel ömrünü uzatmayı vaat eden bir ısı şalteri cihazı icat etti. Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı ile işbirliği içinde yürütülen çalışma dergide yayınlandı. Uygulamalı Isı Mühendisliği.
Isı Anahtarı Teknolojisi: Ay Koşullarına Çözüm
Baş araştırmacı Masahito Nishikawara, “Gündüz ısı dağıtımı ve gece yalıtımı arasında geçiş yapabilen ısı anahtarı teknolojisi, uzun vadeli ay keşifleri için gereklidir” dedi. “Gün boyunca ay gezgini aktif ve elektronik ekipman ısı üretiyor. Uzayda hava olmadığından elektroniklerin ürettiği ısının aktif olarak soğutulması ve dağıtılması gerekir. Öte yandan aşırı soğuk gecelerde elektroniklerin fazla soğumaması için dış ortamdan yalıtılması gerekiyor.”
Mevcut cihazlar, gece yalıtımı için döngüsel ısı borularına bağlanan ısıtıcılara veya pasif vanalara güvenme eğilimindedir. Bununla birlikte, ısıtıcılar maliyetlidir ve pasif valfler sıvı akış hızını artırabilir, bu da ısı transferinin verimliliğini etkileyebilecek basınçta bir düşüşe yol açabilir. Nishikawara ekibi tarafından geliştirilen teknoloji bir orta yol sunuyor. Pasif vanalara göre daha düşük basınç düşüşü ve ısıtıcılara göre daha düşük güç tüketimi ile gündüz soğutma performansından ödün vermeden geceleri ısıyı korur.
Operasyonel Mekanik ve Enerji Verimliliği
Ekip tarafından geliştirilen termal kontrol cihazı, bir döngü ısı borusunu (LHP) bir elektrohidrodinamik (EHD) pompayla birleştiriyor. Gün boyunca EHD pompası aktif değildir ve LHP’nin her zamanki gibi çalışmasına olanak tanır. Ay gezicilerinde LHP, buhar ve sıvı halleri arasında geçiş yapan bir soğutucu akışkan kullanır. Cihaz ısındığında, evaporatördeki sıvı soğutucu buharlaşarak gezicinin radyatöründen ısıyı serbest bırakır. Buhar daha sonra tekrar sıvıya yoğunlaşır ve bu da ısıyı tekrar absorbe etmek için buharlaştırıcıya döner. Bu döngü, evaporatördeki kılcal kuvvetler tarafından tahrik edilir ve bu da onu enerji açısından verimli kılar.
Geceleri, EHD pompası LHP akışının tersi yönde basınç uygulayarak soğutucu akışkanın hareketini durdurur. Elektronik aksamlar minimum elektrik kullanımıyla soğuk gece ortamından tamamen yalıtılmıştır. Ekibin araştırması, EHD pompasının elektrot şeklinin seçimini, cihaz tasarımını, performans değerlendirmesini ve EHD pompasıyla LHP çalışmasını durdurmak için bir gösteri testini içeriyordu. Sonuçlar geceleri güç tüketiminin neredeyse sıfır olduğunu gösterdi.
Teknolojinin Etkisi ve Gelecekteki Uygulamaları
Nishikawara, “Bu çığır açan yaklaşım, gezicinin yalnızca aşırı sıcaklıklarda hayatta kalmasını sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda kaynakların kısıtlı olduğu ay ortamında kritik bir husus olan enerji harcamasını da en aza indiriyor” dedi. “Gelecekteki ay görevlerine potansiyel entegrasyonun temelini atıyor ve sürekli ay keşif çabalarının gerçekleştirilmesine katkıda bulunuyor.”
Bu teknolojinin etkileri, ay gezicilerinin ötesinde, uzay aracı termal yönetiminde daha geniş uygulamalara kadar uzanıyor. EHD teknolojisinin termal akışkan kontrol sistemlerine entegre edilmesi, ısı transferi verimliliğini artırabilir ve operasyonel zorlukları azaltabilir. Gelecekte bu, uzay araştırmalarında önemli bir rol oynayabilir.
Bu ısı anahtarı cihazının geliştirilmesi, uzun vadeli ay görevleri ve diğer uzay araştırma çabaları için teknolojinin geliştirilmesinde önemli bir kilometre taşına işaret ediyor. Bütün bunlar, gelecekte ay gezicilerinin ve diğer uzay araçlarının, uzayın zorlu ortamlarında çalışmak üzere daha iyi donanıma sahip olması gerektiği anlamına geliyor.
Referans: Masahito Nishikawara, Takeshi Miyakita, Genki Seshimo, Hiroshi Yokoyama ve Hideki Yanada tarafından “Elektrohidrodinamik iletim pompası tarafından kontrol edilen döngü ısı borusunun ısı anahtarı fonksiyonunun gösterimi”, 15 Mayıs 2024, Uygulamalı Isı Mühendisliği.
DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2024.123428