מכשיר מתג החום החדש של אוניברסיטת נגויה מאפשר לרכבי הירח לנהל ביעילות תנאים תרמיים קיצוניים על הירח, לשפר את אורך החיים התפעולי שלהם ולהפחית את השימוש באנרגיה. קרדיט: Shinichiro Kinoshita, Masahito Nishikawara
צוות מ אוניברסיטת נגויה המציא מכשיר מתג חום עבור רובי הירח כדי לעמוד בטמפרטורות הקיצוניות של הירח. הטכנולוגיה מייעלת את השליטה התרמית, לסירוגין בין קירור לבידוד, ומאפשרת משימות ארוכות יותר עם פחות אנרגיה.
אסטרונאוטים מנווטים בשטח הירח ברכב מתמודדים לא רק עם סכנות של אפס כוח משיכה ונפילות מכתש פוטנציאליות, אלא גם עם תנודות טמפרטורה דרסטיות. האקלים של הירח נע בין שיא צורבים של 127°C (260°F) לשפל מצמרר עצמות של -173°C (-280°F).
צוות מאוניברסיטת נאגויה ביפן פיתח מכשיר מתג חום שנועד לשפר את העמידות של רוברים על הירח. מחקר שיתוף הפעולה שלהם עם סוכנות חקר החלל היפנית הוצג בכתב העת Applied Thermal Engineering.
משימות ירח עתידיות יזדקקו למכונות אמינות שיכולות לתפקד בתנאים קשים אלו. מתוך הכרה בצורך במכונות חזקות לחקירה עתידית של הירח, צוות מאוניברסיטת נאגויה ביפן המציא מכשיר מתג חום המבטיח להאריך את תוחלת החיים התפעולית של כלי רכב הנוסעים על הירח. המחקר שלהם, שנערך בשיתוף פעולה עם סוכנות חקר החלל היפנית, פורסם בכתב העת הנדסה תרמית שימושית.
טכנולוגיית מתג חום: פתרון לתנאי ירח
"טכנולוגיית מתג חום שיכולה לעבור בין פיזור חום ביום לבין בידוד בלילה חיונית לחקר הירח לטווח ארוך", אמר החוקר הראשי Masahito Nishikawara. "במהלך היום, רובר הירח פעיל, והציוד האלקטרוני מייצר חום. מכיוון שאין אוויר בחלל, יש לקרר ולפזר את החום שנוצר על ידי האלקטרוניקה. מצד שני, בלילות קרים במיוחד יש לבודד את האלקטרוניקה מהסביבה החיצונית כדי שלא יתקררו מדי”.
מכשירים נוכחיים נוטים להסתמך על תנורי חימום או שסתומים פסיביים המחוברים לצינורות חום לולאה לבידוד לילה. עם זאת, תנורי חימום יקרים, ושסתומים פסיביים יכולים להגביר את מהירות זרימת הנוזל, מה שמוביל לירידה בלחץ שיכולה להשפיע על יעילות העברת החום. הטכנולוגיה שפותחה על ידי הצוות של Nishikawara מציעה דרך ביניים. עם ירידת לחץ נמוכה יותר משסתומים פסיביים וצריכת חשמל נמוכה יותר מתנורי חימום, הוא שומר על חום בלילה מבלי לפגוע בביצועי הקירור בשעות היום.
מכניקה תפעולית ויעילות אנרגטית
מכשיר הבקרה התרמית שפותח על ידי הצוות משלב צינור חום לולאה (LHP) עם משאבה אלקטרוהידרודינמית (EHD). במהלך היום, משאבת ה-EHD אינה פעילה, מה שמאפשר ל-LHP לפעול כרגיל. ברוברים ירחים, ה-LHP משתמש בחומר קירור שמסתובב בין מצבי אדים לנוזלים. כאשר המכשיר מתחמם, נוזל הקירור הנוזלי במאייד מתאדה, ומשחרר חום דרך הרדיאטור של הרובר. לאחר מכן האדים מתעבים בחזרה לנוזל, שחוזר למאייד כדי לספוג שוב חום. מחזור זה מונע על ידי כוחות נימיים במאייד, מה שהופך אותו לחסכוני באנרגיה.
בלילה, משאבת EHD מפעילה לחץ מנוגד לזרימת ה-LHP, ועוצרת את תנועת הקירור. האלקטרוניקה מבודדת לחלוטין מסביבת הלילה הקרה עם שימוש מינימלי בחשמל. המחקר של הצוות כלל בחירה של צורת האלקטרודה של משאבת EHD, עיצוב המכשיר, הערכת ביצועים ובדיקת הדגמה להפסקת פעולת LHP עם משאבת EHD. התוצאות הראו שצריכת החשמל בלילה הייתה כמעט אפסית.
השפעה ויישומים עתידיים של הטכנולוגיה
"גישה פורצת דרך זו לא רק מבטיחה את שרידותו של הרובר בטמפרטורות קיצוניות, אלא גם ממזערת את הוצאות האנרגיה, שיקול קריטי בסביבת הירח המוגבלת במשאבים", אמר נישיקווארה. "זה מניח את הבסיס להשתלבות פוטנציאלית במשימות ירח עתידיות, ותורם למימוש מאמצי חקר ירח מתמשכים".
ההשלכות של טכנולוגיה זו מתרחבות מעבר לרכבי ירח ועד ליישומים רחבים יותר בניהול תרמי של חלליות. שילוב טכנולוגיית EHD במערכות בקרת נוזל תרמי עשוי לשפר את יעילות העברת החום ולהפחית אתגרים תפעוליים. בעתיד, זה יכול למלא תפקיד חשוב בחקר החלל.
הפיתוח של מכשיר מתג חום זה מסמן אבן דרך חשובה בפיתוח טכנולוגיה למשימות ארוכות טווח של הירח ומאמצי חקר חלל אחרים. כל זה אומר שבעתיד, רובי ירח וחלליות אחרות צריכים להיות מצוידים יותר לפעול בסביבות קיצוניות של החלל.
