Túlélés a hidegben
(Rovat: Távoli világok kutatói, Új eszközök és anyagok - 2024.07.28 07:15.)

Japán mérnökök olyan hőkapcsolót fejlesztettek ki, amely segítheti, hogy a majdani holdjárók túléljék a dermesztően hideg holdi éjszakákat.

A jövőben a Hold felszínén közlekedő holdjárókat számos veszély fenyegeti. Ezek egyike a rendkívül nagy hőingadozás, a holdi nappalokon a hőmérséklet eléri a 127 C°-ot, míg éjjel akár –173 °C-ig süllyedhet. A tervezett küldetések során olyan járművekre lesz szükség, amelyek ilyen körülmények közt is megbízhatóan működnek. Ennek érdekében a Nagoya Egyetem (Japán) mérnökei a Japán Űrügynökséggel (JAXA) együttműködve olyan hőkapcsolót fejlesztettek ki, amely segít meghosszabbítani a holdjárók működési idejét. Munkájuk eredményéről az Applied Thermal Engineering folyóiratban számoltak be.

A holdi nappalokon, amikor a holdjáró aktív, az elektronikus eszközök működése közben hő fejlődik. Mivel a Holdon nincs levegő, amelynek áramlása elszállíthatná a termelődő hőt, az elektronikának aktív hűtésre van szüksége, a hőt pedig ki kell sugározni. A hideg holdi éjszakákon viszont a berendezéseket el kell szigetelni a külső környezettől, nehogy túlságosan lehűljenek.

A jelenlegi eszközök fűtőelemeket vagy passzív szelepeket használnak az éjszakai temperálást biztosító hővezető körökben. A fűtőelemek azonban drágák, a passzív szelepek pedig megnövelik a folyadék áramlásának sebességét, ami a nyomás csökkenését okozza, emiatt pedig csökken a hőszállítás hatékonysága. A japán mérnökök technológiája ehelyett az arany középutat választja. Eszközükben kisebb a nyomáscsökkenés, mint passzív szelepek használatakor, ugyanakkor az eszközüknek kisebb az energiafogyasztása, mint a hagyományos fűtőelemeké, anélkül, hogy a nappali hűtőteljesítményben engedményeket kellene tenniük.

A japán mérnökök által kifejlesztett hőkapcsoló segít meghosszabbítani a holdjáról működési idejét a zord holdi körülmények között. (Kép: Shinichiro Kinoshita, Masahito Nishikawara)

Az újonnan kifejlesztett eszközük a zárt hővezető csövet (LHP, loop heat pipe) elektrohidrodinamikus (EHD) szivattyúval kombinálja. Nappal az EHD szivattyú kikapcsol, vagyis az LHP hűtőkör a szokásos módon működik. Amikor az elektronika felmelegszik, a hűtőfolyadék a párologtatóban elpárolog, és a hőt a holdjáró radiátorán keresztül leadja. Ezáltal a gőz lecsapódik, a folyadék visszaáramlik a párologtatóba, ahol újabb hőt vesz fel. A folyamatot a párologtatóban kapilláris erők hajtják, ami energetikailag hatékonyabbá teszi a működést. Éjszaka viszont az EHD szivattyú a nappali működéssel ellentétes irányú nyomást hoz létre, ami megállítja a hűtőközeg áramlását. Így minimális elektromos energia felhasználásával el tudják szigetelni az elektronikus berendezéseket a külső, hideg környezettől. A fejlesztők kísérletei azt bizonyították, hogy az éjszakai energiafelhasználás csaknem nulla. Ez segíti a roverek túlélését az extrém hideg környezetben, miközben minimalizálja az energiafogyasztást. A fejlesztők rámutatnak, hogy az új technológiának a holdjáróknál szélesebb körű alkalmazásai is lehetnek az űreszközök hőháztartásának szabályozása területén.