Серия «Space Adventure»

Космос большой в нем есть звезды, черные дыры, кротовые норы, Рик Санчез сукин ты сын, секретные лунные базы, Тесла мать ее и все то оставшееся барахло что мы успели туда запустить за неполный век. Летая там оно “радует” глаз любителям подглядывать за звездами, а рептилоидам помогает управлять земным и марсианским обществом. А что если распотрошить одну из таких железяк, добраться до кишок и попробовать разобраться как работает одна из ее основных систем, а именно: системе терморегулирования.

Как эти безбожные куски металла не замерзают и не перегреваются во время эксплуатации в этом вашем космосе, ведь по фильмам все мы знаем, что в космосе в тени всё в считанные секунды замерзает и рассыпается на мелкие кусочки, как Т-1000 в лучшие свои годы, а на солнце моментально загорается, как сентябрь в 2007, поэтому давайте разбираться.

Если кто забыл, то космические аппараты это те штуки, по одним источникам которые высоко летают вокруг Земли или другого большого космического объекта и обеспечивают нас голыми фоточками Туманности Андромеды, возможностью смотреть "Дом два" в каждом чайнике из любого уголка страны, отслеживать по ГЛОНАСС/Бэйдоу/Галилео/GPS куда на этот раз убежал ваш любимый шерстяной дурак, какой-то, прости Господи, геодезией чего бы это слово не значило, возможностью слать, славься Маск, дикпики и нюдсы даже из мест куда цивилизации так и не приходила, а в некоторых летающих штуках ещё и люди живут, потому что ипотека это дорого.

А по другим источникам это железяки которые взлетев и ударившись о небесный свод, падая вниз и случайным образом не разбившись о земную твердь, лежат на дне океана создавая искусственные рифы для кораллов и прочей всратой морской живности которую мы с удовольствием едим чтобы быть умнее, фосфор это полезно.

Каким именно источникам верить это дело каждого, мне же хочется рассказать "А как?", а точнее "Нахера?" с помощью чего можно отвести лишнее тепло от работающих приборов или подвести это самое недостающее тепло, ведь просто поставить красиво мигающий кулер и дуть на эти микросхемки нельзя (нуууууу на самом деле можно, но непросто и малоэффективно, об этом в следующий раз) и нужно придумать что-то посложнее.

И так мы решили запилить свой спутник, чтобы с орбиты в окно подглядывать за Светкой и не донатить ей в онлифансе. С чего начать разработку системы терморегулирования? Правильно! С начала! А именно с теории!

Знаю, вы хотите меньше букв и больше картинок, а я хочу чтобы моя задница пахла клубникой а не дыркой в жопе, поэтому как говорила моя мама "Жри что дают". Чтобы не перечитывать все тома "Физика для начинающих" и "Как стать физиком за две недели" можно сразу взять брошюрку по термодинамике и начать проклинать всех тех кто в ней упоминается, а список там такой, что и считать не все до скольки умеют. Из наиболее известных, о которых травила байки ваша учительница по физике закончившая учебу в монастырской школе в один год с самим Галилео, это Джоуль и Кельвин, а из случайно услышанных из-за выпавшего наушника в лекционном зале университета это Гиббс, Стефан и Больцман. Иногда кучкуясь, а чаще по отдельности, все эти и ещё десятки таких же великолепных зануд не покладая гусиных перьев и ангельской пыли известных на тот момент допингов, сформулировали и записали для нас три начала (закона) термодинамики. Законы мутные и непонятные, но выполнять их приходится даже если не очень хочется, иначе прилетит космическая полиция в своих серебряных костюмах и отправит в межгалактическую тюрьму, навееееечно. Законы это очень интересно, но на практике при проектировании систем терморегулирования полезнее знать про виды теплообмена потому что передачей тепла из одного угла в другой и сбросом излишков тепла в окружающее пространство мы и будем заниматься.

И так, различают три основных вида теплообмена - это кондуктивный, конвективный и радиационный. Не смотря на то что их кто-то как-то различает в жизни теплообмен происходит комплексно и вперемешку из нескольких видов, но теория есть теория.

Кондуктивный теплообмен - наше всё, и связан с тепловой энергией которая проходит через материал, от участка где температура выше к участку где температура ниже при отсутствии движения какой-либо жижы. И чем выше теплопроводность материала тем интенсивнее идет теплообмен. Схватились за ложку в тарелке чтобы навернуть маминого борща и обожглись? Владеете государственными секретами и находясь в заграничной командировке испытываете дискомфорт чуть ниже спины? Знайте в этом виноват кондуктивный теплообмен, терморектальный криптоанализ, твоя бывшая и конечно же Кельвин. В термодинамике Кельвин виноват вообще во всём, даже если в том в чём вы проебались открыли и изучили сильно позже жизни этого замечательного человека. И так, раз интенсивность кондуктивного теплообмена сильно зависит от теплопроводности материала, то для того чтобы не обжечь свои дрочули когда пытаетесь схватиться за что-нибудь горячее необходимо обеспечить тепловую развязку с помощью материала с низкой теплопроводностью, например, на кухне использовать прихватки, на горячие металлические палки надевать деревянные ручки, а при проектировании систем терморегулирования и проведении термовакуумных испытаний для тепловой развязки корпуса космических аппаратов и технологического оборудования использовать стеклотекстолитовые прокладки. Текстолит почти не газит и вы не заляпаете установленное на спутнике оборудование и криоэкраны термобарокамеры испаряющимися компонентами, а значит не получите пиздюлей от обслуживающего персонала камеры, и вам не придется отмывать камеру от этих соплей, а термобарокамера может быть в высоту в несколько этажей, ведь в нее должен помещаться космический аппарат целиком. Так что хорошо подумай прежде чем совать в нее что-то, что совать в нее совершенно не рекомендуется. Также стеклотекстолит  имеет низкую теплопроводность, а часто именно это нам и нужно. Хотя чаще нам всё же нужно максимально эффективно передать тепло, поэтому нам так нравится алюминий а иногда и медь несмотря на то что она очень тяжелая.

Конвективный теплообмен он про жижу (и про газы) и связан с теплопередачей между движущейся средой и твердой поверхностью. В свою очередь конвекция бывает вынужденной и естественной. Все вы наверняка обращали внимание на теплые белые штуки под окнами внутри зданий - радиаторы.

Это отличный пример чтобы понять что такое конвекция. Внутри радиатора за счёт насоса циркулирует горячий теплоноситель (вода с различными добавками) и тепло от этого теплоносителя за счёт вынужденной конвекции передается внутренней стенки радиатора, за счёт кондуктивного теплообмена (я там выше что-то уже писал про то что в повседневной жизни сложно встретить только один тип теплообмена) тепло передается от внутренней стенки радиатора к внешней, за счёт естественной конвекции и движения воздуха тепло с внешней стенки радиатора передается в окружающую среду, благодаря чему даже при температуре воздуха на улице в минус овердохера градусов Цельсия (вот ещё один товарищ который сейчас икает как не в себя на пару с Кельвином, попивая мартини в элитном баре "Рай") ваша девушка/бабушка может ходить по дому в одних трусиках. Лайфхак если ваша девушка/бабушка не ходит по дому в одних трусиках то включите вентилятор и дуйте им на радиатор, теперь тепло от радиатора будет передаваться в окружающую среду с помощью вынужденной (что более эффективно по сравнению с естественной) конвекции и станет настолько жарко что даже трусики станут не нужны. На космических аппаратах (по большей части на наших и реже на забугорных) до недавнего времени активно использовалась система терморегулирования на базе жидкостного контура (с помощью теплоносителя в жидком состоянии тепло насосом перераспределядось по  панелям аппарата). На данный момент такая система терморегулирования довольно редкая, а на её замену для высоконагруженный аппаратов внедряют жидкостную систему использующую двухфазные контура (в таких системах теплоноситель находится в жидком и газообразном состоянии, как в вашем холодильнике где кроме пива, странного крема вашей девушки и тухлой капусты ничего не лежит).

Радиационный теплообмен, он же излучение - теплообмен который происходит за счёт излучения электромагнитной энергии. Все и всё "фонит" и излучает. Мы не особо привыкли обращать на это внимание, потому что раскалённая кочерга и девушка в трусиках нам как-то ближе и понятнее, хотя те кто любит уйти в тайгу и греться у костра с нами поспорят. Излучение это основной вид теплообмена между внешними (а внутри царит теплопроводность и конвекция) поверхностями космического аппарата и космическим пространством. Именно за счёт излучения лишнее тепло от приборов полезной и служебной систем сбрасывается в космос. И излучение не было бы излучением если бы не, яба-даба блять!, закон Стефана-Больцмана (да-да это те самые мужики из лекционной программы первого курса), чтоб ему неладно было. Йозеф экспериментально установил,  Больцман теоретически обосновал, а некий Планк в конце всё это ещё как следует шлифанул. Закон гласит что мощность излучения, испускаемого нагретым телом, пропорциональна площади излучающего тела и четвертой степени температуры тела. Излучаем мы все, хотим мы этого или нет, но нужно не просто излучать, а излучать эффективно, желательно максимально эффективно. Чем эффективнее материал излучает тепло, тем меньше площади потребуется чтобы это тепло излучить. Чтобы оценить как хорошо тело умеет в излучение придумали излучательную способность (или степень черноты) благодаря которой мы можем решить какой материал достаточно крут чтобы лететь в космос и излучать, а какой сосет ежа. Максимальную излучательную способность (равную 1) имеет "абсолютно чёрное тело", а некоторые черные краски даже почти приблизились к этой единице. Забегая вперёд скажу что чтобы тебя отправили в космос излучать, недостаточно иметь только высокий коэффициент излучения, важен ещё и коэффициент поглощения солнечного потока, который должен быть как можно меньше. На современных космических аппаратах излучающие поверхности покрывают оптическими солнечными отражателями (эдакие наборы маленьких зеркал) или белой краской. Поверхности которые нужно защитить от потери тепла (перекрыть излучение) закрывают экранно-вакуумной теплоизоляцией, которая эффективна в космосе в безвоздушном пространстве, но практически бесполезная на Земле при нормальных условиях.

Космические аппараты это ооооооочень слоооооожно и каждую систему космического аппарата разрабатывают целыми отделами по несколько десятков человек в каждом. Но мы здесь не для того чтобы сочувствовать тем кто занят этим непростым делом, а для того чтобы узнать чуть-чуть больше чем знали до этого.

На этом всё.

В следующий раз мы будем практиковать соитие расскажу про типы систем терморегулирования и  поподробнее про их составные части.

ФсЕх ЧмОкИ в этом чате и если вас похитят в космосе, то теплых вам анальных зондов и инопланетянок с тремя сиськами, ну или что там обычно говорят когда пора заканчивать.