題:
可以使用風扇來防止金星約束太空探測器過熱嗎?
Elle
2020-02-03 23:08:53 UTC
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我看到有些話說,金星約束的航天器上的電路會過熱,並基本上毀壞了航天器。

  • 是真的嗎?

  • 如果可以,他們是否可以安裝風扇以保持電路涼爽?

過去,航天器已經降落在金星上,並已將遙測發送回地球,因此請不要以為問題是無法克服的。
迄今為止,降落的金星探測器的最大生存時間約為2小時。
這實際上是一個很大的問題!就這樣,它激發了我一個問:[迷們曾經在非空宇宙飛船上使用過嗎?](https://space.stackexchange.com/q/41226/12102)
如果溫度太高,請滾下窗戶。 ; ^ P
@DrSheldon讓我想起一個人在開玩笑的故事,他在沙漠的烈熱中找到了精靈燈,並希望有車門,以便他可以滾下車窗。
-1
在電子設備上吹約500°C的熱二氧化碳(金星的大氣中含有96%)的風扇會使問題變得更糟,請將電子設備放在密封的容器中,並希望它能在加熱整個探頭之前持續幾分鐘達到相同的溫度,實際上會使您的焊錫熔化。
五 答案:
Nuclear Wang
2020-02-03 23:15:55 UTC
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風扇通過在涼爽的表面上移動冷空氣(或其他流體)來工作。如果沒有空氣,例如在太空中,風扇將無濟於事。因此,冷卻太空中的物體實際上有點棘手-地球上的物體往往會通過傳導或對流而失去大部分熱量,但是在太空中,您所能做的就是散發熱量,而風扇則無濟於事。

金星確實有大氣層,因此對於行星表面上的太空探測器而言,風扇並不是天生就不會起作用的。但是,由於維納斯空氣始終處於攝氏幾百度的溫度,因此您將不會在氣流中冷卻電子設備,因為在這種極端溫度下,電子設備可能會冷卻空氣,而不是相反。但是,如果您的電子設備正常運行時的溫度高於金星表面,那麼風扇將有助於冷卻它們,但這將是正常工作溫度下的高得離譜-如果您的電子設備已經能夠承受這種溫度,那麼您可能不需要冷卻首先。

總的來說,風扇不是冷卻太空探測器電子部件的有用方法,除非您處在寒冷的地方(例如火星),或者將自己的熱交換氣體帶入太空真空中(請參閱未曾在無人駕駛的宇宙飛船上使用過風扇嗎?)。

您可以稍微擴展風扇的定義,並將壓縮機和渦輪膨脹機等內容作為熱泵的一部分。在_theory_中,您可以在Venus上執行此類操作,儘管工程可能會有些棘手...
假設探頭已經可以承受金星溫度,風扇也可以帶走多餘的熱量。為什麼探針會產生這麼多的多餘熱量,我沒有任何線索,但是有。
作為參考,金星的表面溫度在600至800開爾文之間。製造既可以做實際上有用的事情又可以在這種情況下生存超過幾個小時的電子產品是很難的。
@Mast只是一個簡單的例子[是否有可能構建一個可以在約480°C(900F度)的溫度下工作且沒有絕緣的探頭?](https://space.stackexchange.com/q/17490/12102)
碳化矽電子器件可以在金星表面溫度附近起作用,但是您不希望它們更高。風扇實際上可能對保持金星附近環境電力電子設備“冷卻”很有用。再說一次,大氣是如此密集,以至於您可能不需要強制對流……沉浸在該大氣中的東西將必須產生大量的熱量,才能比周圍的環境顯著變暖。
Philipp
2020-02-04 16:46:59 UTC
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電子設備中風扇的作用是加速電路與大氣之間的溫度交換。

但是這種溫度交換在兩個方向上都起作用。當大氣溫度甚至高於暴露於電子設備中的電子設備時,用風扇改善氣流將使零件溫度更高。順便說一下,這就是對流烤箱或熱風吹風機的原理。

因此,將風扇添加到應該在金星的450°C大氣中保持低於100°C的探頭中,適得其反。

Polygnome
2020-02-04 17:11:07 UTC
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熱量通過三種機制進行交換:

  • 對流(氣體和流體中的熱傳遞)
  • 傳導(接觸固體物體之間的熱)
  • 輻射(通過熱輻射傳遞熱量)

在大氣中,對流傳遞通常是最有效的,然後是傳導。到目前為止,輻射是最弱的傳熱形式。

在通往金星的途中,探頭在太空中,因此沒有最強的傳熱形式。沒有人可以用來傳遞熱量的環境。這留下了傳導和輻射。熱量通過傳導流經探頭。電子設備加熱探頭。但是通常,傳導不足以平等地加熱所有探頭,它仍將具有較熱的部分和較冷的部分。多餘的熱量通過輻射散發出來,通常使用專門稱為 radiators 的特殊設備(看起來很像太陽能電池板)。

但是,當您靠近太陽時,探頭會吸收更多的熱量,而輻射會變得更加困難。平衡溫度升高,探頭變熱。

進入金星大氣層後,對流即成為一種傳熱方法,風扇也變得適用。但是,金星表面的大氣溫度最高為470°C。熱傳遞在兩個方向上進行,如果您將熱空氣(或氣體,流體)吹到冷表面上,則冷表面會變暖(向熱空氣吹

因此,基本上,風扇可以加快探針的消亡速度,因為可以使酸性的高溫金星空氣有效地將其熱量傳遞給電子設備。

為了散發熱量,您需要一些較冷的東西,您可以將熱量傳遞給。在太空中,周圍沒有任何物質可以轉移熱量,因此輻射是唯一的選擇。這就是ISS具有如此大的散熱器的原因-它將散發過多的熱量。

在金星大氣中,您需要進行傳熱。但是那件事已經比探頭的工作溫度高得多,因此您通常會嘗試最小化傳熱,以使探頭保持更長的冷卻時間並具有更長的工作時間。

請注意,粉絲只會對人感到冷淡。桌子上的風扇實際上並沒有冷卻任何東西。桌子上的風扇將乾燥的空氣吹到皮膚上與室溫相同的溫度。由於空氣中的水分被帶走,因此汗水會更好地蒸發。蒸發的過程會局部降低溫度,因為水需要能量從流體變成氣態-這種能量以熱量的形式從皮膚中散發出去,使皮膚感覺更冷。

您可以但是,請在內部使用風扇,例如在航天器內部循環氣體或流體以在航天器內部散發熱量,例如從冷藏庫到船體等較暖的部分。在那種情況下,風扇不是用於冷卻,而是用於循環(請參閱在未漂過的航天器中曾經使用過風扇嗎?)。但是,除非使用這種方法將熱量轉移到散熱器,然後再通過熱輻射將其除去,否則無法使用這種技術本身使航天器成為“低溫”容器。

請注意,在任何情況下, 密閉系統,風扇僅會添加熱量,因為它確實起作用了-電動機必須轉動,並伴隨著所有這些。

小修正:金星的表面溫度很高,但不高。它只能升高到470°C,而不是600°C-900°C。 https://zh.wikipedia.org/wiki/大氣_維納斯
@Philipp 470°C〜900°F,但我會更加清楚;)
還有第四種散熱方法:阿波羅登月艙和月球表面穿的宇航服使用的水蒸發。
@Uwe這不是交換熱量的三種方式之一。但是,如果您已閱讀我的回答,我會提到蒸發冷卻。
Cristobol Polychronopolis
2020-02-04 22:37:17 UTC
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如前所述,冷卻風扇無法將溫度降低到環境溫度以下。這並不意味著在這種情況下它是完全沒有用的。

首先,OP說“金星束縛”。在這種情況下,可以使用風扇將熱量從朝陽部分傳遞到陰影部分,甚至更好地傳遞到陰影側的散熱器。

即使在行星上,也可以用於分配空氣由中央冷卻系統冷卻(由於大多數電子設備都是基於矽的,並且不能在150C以上的溫度下工作,因此可能需要激活)。

如果使用的高溫電路的工作溫度約為500C時,風扇仍然可以幫助散發大功率設備產生的熱量。

我假設您的意思是將此風扇與充滿氣體或其他東西的密封外殼一起使用?我問,因為否則,鑑於外層空間接近真空,我看不到這些風扇如何工作。
是的,我說的是所含氣體的循環...真空中的風扇是自驅動的風車。
+1從技術上講是正確的,但是如果您對傳熱的需求足夠大,可以考慮採用主動解決方案,則您可能希望使用一些更高效的流體來完成這項工作。因此,從技術上講,您將使用泵。而且我也不會羨慕誰必須為具有大風扇定期打開和關閉的航天器編程姿態控制的人...
當然可以,但是OP的問題是*是否可以*使用粉絲,而不是他們是否是最佳選擇。只是在框外思考。
h22
2020-02-06 00:18:12 UTC
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借助像 these這樣的熱電冷卻器,可以用風扇將其冷卻到環境溫度以下。

從另一面看,該鏈接下的設備僅支持約70度的溫差,因此必須為金星級聯五個設備,總共使用150 W,這對於電池供電的航天器來說是非常苛刻的。外部設備也沒有受到金星熱量的保護,必須能夠承受。



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