Люди стремятся в космос, а ряд стран уже говорит о создании баз хотя бы на Луне и сравнительно близком Марсе. Но даже в космосе есть совершенно земные проблемы, которые нужно решать: водоснабжение, канализация, отопление, охлаждение. О том, как работают космические душ и туалет, мы рассказывали в этом материале. Сегодня предлагаем разобраться с системами отопления и охлаждения. Это интересно, ведь с учетом огромного перепада температур, это задача космического масштаба. Читайте!
Как работает водоснабжение в небоскребах? Как отапливают московские дворцы? Как организовано водоснабжение Москвы? Это и многое другое читайте на канале «Ремонт со STOUT».
Космическое отопление и охлаждение — в чем сложность?
На первый взгляд, задача кажется не такой и сложной — у любого корабля есть корпус с прочной и утепленной обшивкой. Тепло не выходит наружу, а холод не попадает внутрь. Поддерживать температуру можно системой охлаждения и отопления, которые работают на электричестве.
На самом деле обеспечить нужную температуру в космическом корабле не так и просто. И вот несколько причин, почему:
- Большие перепады температур (порядка 300 ℃), когда объект находится на Солнце и в тени. При этом космический аппарат нагревается не только от солнечных лучей, но и от работающих в нем двигателей и других систем. При нахождении в тени — все системы могут переохлаждаться и замерзать.
- Теплопередача только путем радиации — излучением тепла (на Земле еще есть конвекция и кондукция).
- Необходимость обеспечить низкие энергозатраты, вес и габариты для всех систем, в том числе отопления и охлаждения.
- Постоянно изменяющиеся условия в зависимости от нахождения Солнца и траектории движения космического аппарата.
Эти моменты усложняют задачи космических теплотехников. Традиционные радиаторы на борту космического корабля не поставить, как и кондиционер. Впрочем, работающие решения найдены.
Как работает космическая теплотехника
Поддерживать нужную температуру на космических аппаратах помогают разные способы.
Прежде всего, это надежная, хоть и легкая теплоизоляция экранно-вакуумного типа. Выглядит как легкая фольга и представляет собой полимерную пленку, покрытую специальным сплавом. Она не выпускает тепло из аппарата и не позволяет перегреваться внутреннему содержимому во время нахождения его на солнечной стороне.
Однако, более значимая теплотехническая роль у системы обеспечения теплового режима (СОТР). В зависимости от конструкции в нее могут входить нагреватели и элементы охлаждения, тепловоды, радиаторы (излучатели, а не отопительные приборы), температурные датчики. Отведение тепла происходит через корпус аппарата. На нем создаются специальные «вырезы» — металлические платы с каналами охлаждения в виде микроскопических пор. Это радиационные поверхности для отведения тепла в космос путем излучения. Они соединены с теплообменниками корабля и являются передатчиками тепла. Их покрывают эмалью белого цвета, стараются размещать в тех зонах, где солнечные лучи не попадают (например, в тени солнечных батарей).
Интересно! Почему излучатели тепла белые? Дело в спектре теплового излучения. Предметы белого цвета поглощают меньше солнечного излучения в видимом диапазоне.
Теплотехническая система работает так — вокруг источника тепла предусмотрен змеевик, в котором течет жидкость-теплоноситель. Она нагревается, тепло переносится к радиатору, который находится на корпусе, и излучается с него в космическое пространство. Это позволяет вывести излишки тепла и избежать перегрева оборудования и жилых отсеков.
Интересно! Такие космические технологии можно применять и на Земле. Ученые Индийского технологического института разработали систему охлаждения, которая работает на принципе радиации — излучения тепла в окружающую среду. Излучатели устанавливаются на крыше дома, представляют собой тонкую пленку из нитрита алюминия и диоксида кремния — материалов с оптической плотностью, которая соответствует длине волн солнечного и атмосферного излучения.
Что делать, когда весь космический аппарат находится в тени и есть риск переохлаждения оборудования? Здесь включается система нагрева, ничего другого пока не придумано.
Кстати, зачастую для того, чтобы излучающие поверхности находились постоянно в тени у космического корабля предусмотрено вращение с определенным количество оборотов в час. Для спутников, находящихся длительное время на орбите, предусмотрен разворот на 180 градусов для компенсации наклона земной оси и коррекции положения радиаторов к Солнцу.
Интересно! Работа системы охлаждения для космического оборудования очень важна. «Луноход-2» вышел из строя из-за перегрева и поломки оборудования после того, как на его крышу, где и находились радиационные поверхности для отвода тепла, попало небольшое количество лунного грунта.
Большие и герметичные отсеки космических кораблей ставят перед теплотехниками сложную задачу — корпус большого размера дает значительную разницу температур. Нагретая Солнцем часть на десятки градусов теплее, чем теневая поверхность. Чтобы не допустить перегрева или переохлаждения в герметичных отсеках устанавливается вентилятор. Он обдувает приборы воздухом отсека и «снимает» с них тепло чтобы избежать перегрева. Дальше по уже знакомой схеме избыток тепла излучается в космос.
Применяется и такое решение, как «жалюзи» — теплозащитный экран с вращающимися панелями. Они поворачиваются с помощью электрического двигателя, «открываясь», чтобы избыточное тепло могло отводиться в космос. По мере охлаждения «жалюзи» закрываются, прекращая теплоотвод.
Подводя итоги — теплотехники и монтажники систем отопления и охлаждения нужны даже в космосе, хотя технологии и оборудование там немного другое. Для тех, кто пока работает на Земле, рекомендуем оборудование STOUT — все необходимое для тепла, водоснабжения и водоотведения найдется в нашем каталоге.