Rece sau la cald spațiu!

În cazul în care organismul nu are surse interne de căldură, temperatura va fi determinată de condițiile de mediu în care se află. De aceea, încercăm să înțelegem mai întâi ce condițiile în spațiu. Din fizica este cunoscut faptul că temperatura vitezei de mișcare termică caracterizat printr-un corp de particule, mediul (sau sistem): cu cât viteza este mai mare temperatura. Pe Pământ, la temperatura camerei, moleculele de aer se deplaseze cu o viteză de aproximativ 500 m / s, în timp ce testarea la 5 miliarde. 1 coliziuni unul cu celălalt. Odată cu scăderea densității aerului moleculele se ciocnesc mai puțin frecvent (cum spun experții, lor libere lungime traseu crește), viteza lor, și, prin urmare, temperatura devine mai mare. În atmosfera pământului au loc procese mai complexe, iar temperatura straturilor sale, așa cum se poate observa din tabel, nu direct proporțională cu densitatea aerului (concentrația sau particule acestuia).

Modificarea parametrilor atmosferei cu altitudinea

Presiune, kgf / cm2

Concentrația particulelor în cm3

Fig. 1. Dependența densității fluxului de căldură aerodinamic alimentat placa, în funcție de înălțimea deasupra suprafeței pământului.

Modul de căldură spațiale este determinată în mod substanțial de sursele interne de căldură. La bord aceste dispozitive sunt plasate diverse instrumente, sisteme de putere, de control și informații, și așa mai departe. Eliberarea munca lor cu energia termică, care este foarte diferit pentru fiecare caz în parte și depinde de clasă și mașina de destinație. In nava spatiala americana „Gemini“, de exemplu, de căldură numai echipamente de bord a fost de aproximativ 500-600 kcal / h. Dar pentru designeri nave spațiale cu echipaj trebuie să aibă, de asemenea, grijă de căldura generată de corpul de cosmonauți. Cantitatea de căldură variază într-o gamă destul de largă, reprezentând aproximativ 230 kcal / h în perioada de trezie și 70 kcal / h în timpul cosmonaut somnului. Odată cu dezvoltarea de nave spațiale de explorare spațială a început să aibă un număr tot mai mare de dispozitive de pe bord, creșterea numărului de membri ai echipajului. Toate acestea au condus la o creștere a cantității de căldură generată în compartimentul sub presiune, și, prin urmare, pentru a complica deja dificila problema controlului termic. Să vedem acum ce se întâmplă cu fluxul de căldură extern care vine la placa, orientată perpendicular pe razele soarelui. În acest caz, pentru simplitate, vom presupune că această placă se află la o distanță mare de pe Pământ, și toate fluxurile cu excepția radiația solară este neglijabilă. Fluxul solar va fi parțial absorbită de placă, și parțial reflectată de acesta în spațiu. Fluxul absorbit de placa este determinată de o medie pe întregul spectru Deoarece coeficientul de absorbție. Înregistrați nici un fel un acumulator de căldură: aceasta nu utilizează nu utilizează - această căldură prin radiație va fi „scăzut“ în spațiu. Capacitatea plăcii de a radia căldură este definit așa-numita emisivitate a suprafeței sale # 949: la aceeași placă de flux extern cu o mai mare # 949 „resetări“ primite de o căldură la o temperatură mai scăzută. Valorile Ca și # 949 depind de caracteristicile materialului și starea suprafeței sale și să aibă o valoare maximă teoretică egală cu 1. Astfel, căldura transferată la placa, din cauza lipsei de spațiu în convecție naturală a aerului (sau, după cum spun experții, din cauza unui coeficient neglijabil de convective căldură) a transferat în mediu prin radiații. Dacă o parte a plăcii izolate, temperatura acestei plăci este complet determinată de raportul Ca / # 949, specific pentru suprafața unei alte laturi a acesteia. Cu chimice lustruire suprafața tablelor Deoarece coeficienții și # 949 respectiv, sunt egale cu 0,2 și 0,1, în care caz temperatura plăcii iradiate prin fluxul de căldură solar egal cu aproximativ 200 ° C. Această temperatură este destul de realist pe partea exterioară a navei spațiale cu fața la soare. Acest lucru înseamnă că spațiul este atât „rece“ (4 K fără încălzire) și „fierbinte“ (473 K sub lumina soarelui). Prin urmare, proiectantul nave spațiale se confruntă cu două obiective diametral opuse: pentru a proteja nave spațiale și de la hipotermie și supraîncălzire. Rezolva prima problemă poate fi, în general vorbind, este destul de simplu - pentru a izola unitatea de locuit un fel de cosmică „haina“ și, în plus, să se încălzească părți de design (deși acesta din urmă conduce la o creștere a costurilor de energie disponibile). A doua problemă este mai insidios - de răcire necesită un efort major. Îmbunătățirea îndepărtarea căldurii în spațiu în două moduri. În primul rând, prin reducerea raportului Ca / # 949, care, în practică, se realizează printr-un tratament adecvat al sau radiatia, asa cum este denumit în mod obișnuit, suprafața de radiație. Răspândită, de exemplu, aplicarea pe suprafața acoperirilor de vopsea specială care asigură o valoare de exploatare Ca / # 949 = 0,5 (în acest caz, temperatura va scadea si va fi de aproximativ 60 ° C). În al doilea rând, este posibil să se renunțe la izolarea deplină a uneia dintre laturile plăcii discutate anterior (adică, reduce raportul suprafață, care primesc și radiază fluxul de căldură). Apoi, căldura va veni la ea dintr-o parte și radiază - cu două. Ca rezultat, temperatura plăcii va fi pentru suprafețele supuse lustruirea chimice, -120 ° C, și pentru suprafețe acoperite cu vopsele având caracteristicile indicate, -10 ° C, în ultimul caz un anumit avantaj în comparație cu un cilindru placă dreptunghiulară. Fluxul solar poate fi alimentat la un midsection solar așa-numitul al cilindrului, și anume, aria secțiunii transversale perpendicular pe razele soarelui. În același timp, radiația termică (excluzând bazele cilindrilor) va avea loc cu suprafața laterală a cilindrului. Calculele arată că, în medie, temperatura suprafeței stratului de vopsea cilindru cu As / # 949 = 0,5 este de aproximativ -20 ° C Astfel, cu ajutorul unor măsuri relativ simple se pot asigura că temperatura medie a cochiliei nave spațiale incalzita de soare, a fost destul de scăzut. Cu toate acestea, nava spatiala, așa cum sa menționat deja, este încălzit nu numai de Soare, dar, de asemenea, căldura generată de echipamentul de la bord și a echipajului. Lay este excesul de căldură se poate realiza prin creșterea aria suprafeței de radiație. Pentru posibil, la o temperatură dată, prin selectarea adecvată a valorii acestei zone de nave spațiale ia fluxuri de căldură foarte mari. Rezolvarea problemei controlului termic nave spațiale, proiectantul este ca un cerc vicios. Într-adevăr, în timpul zborului aparatului de planul orbitei sale se schimbă în mod constant poziția sa în raport cu direcția soarelui. Zborul poate avea loc pentru o lungă perioadă de timp doar orbita sau sunlit într-o orbită care are o porțiune de umbră. În același timp, pe orbita solară pe dispozitiv va face nu numai fluxuri de căldură externe considerabile, dar, de asemenea, echipamentele sale, lucru intensiv, poate aloca cantitatea maximă de căldură. În umbra Pământului, dimpotrivă, fluxurile externe și dispozitivele de disipare a căldurii sunt în modul de așteptare poate fi minim. Salvarea de la nave spațiale hipotermie pe partea umbrită, proiectantul poate „wrap haina lui“, dar apoi pe partea însorită nu va fi capabil de a scăpa de excesul de căldură și unitatea supraîncălzește: fierbe electrolit din baterie, se va rupe în jos diferite tipuri de elemente ale echipamentului de bord, etc. Care este calea de ieșire din această contradicție? Este simplu, deși pare paradoxal la prima vedere. Acesta vom discuta în secțiunea următoare.