Controllo della temperatura a tubi di calore criogenici per applicazioni spaziali

Torna agli esempi di applicazioni (case studies)

Introduzione alle applicazioni criogeniche per lo spazio

Il continuo sviluppo delle comunicazioni, dei sensori e degli esperimenti nello spazio, insieme a quello dei componenti elettronici per velivoli spaziali, ha messo in evidenza l'esigenza di requisiti di controllo termico più stringenti e di soluzioni più efficienti per la rimozione del calore a basse temperature ambiente in condizioni di microgravità.

La NASA si è dedicata allo sviluppo di moduli refrigeratori/congelatori (R/F) affidabili da utilizzare nei laboratori biomedici e di scienze biologiche delle missioni spaziali. Per realizzarli è stato necessario identificare, sviluppare e illustrare le complesse tecnologie di refrigerazione e congelamento necessarie per l'implementazione di questi innovativi moduli R/F.

Le soluzioni tradizionali di gestione termica, come i sistemi di raffreddamento ad aria e a liquido, non sono adeguate ad applicazioni aerospaziali. Per questo motivo Aavid, la divisione termica di Boyd Corporation, ha sviluppato per la NASA soluzioni di raffreddamento bifase passive studiate appositamente per applicazioni criogeniche che sarebbero state collaudate durante le missioni dello Space Shuttle.

Launch of Space Shuttle Discovery (STS-60)

La NASA e il problema del raffreddamento a temperature criogeniche

La NASA stava preparando l'esperimento di un refrigeratore/congelatore orbitale Stirling (SOR/F) per testare delle tecnologie che avrebbero permesso lo sviluppo di sistemi di raffreddamento affidabili da impiegare in progetti in orbita. I prototipi del sottosistema del SOR/F sarebbero stati testati durante la missione STS 60 dello Space Shuttle.

Problematic Refrigerator in the Spacelab Life Sciences on STS 40
Problemi al refrigeratore nel laboratorio spaziale per le scienze della vita Spacelab durante la missione STS 40

Scarica



La soluzione di Boyd al problema della regolazione della temperatura a temperature criogeniche

Considerato che nello spazio non c'è praticamente atmosfera, le soluzioni che sfruttano l'aria per dissipare il calore non rappresentano una soluzione di gestione termica efficace. Nello spazio, il metodo più efficace per il raffreddamento di un sistema consiste nello sfruttare il meccanismo dell'irraggiamento. Tuttavia, i componenti interni potrebbero non avere accesso alle superfici di irraggiamento.

Aavid è stata tra le prime a sviluppare tubi di calore e circuiti a tubi di calore criogenici per l'utilizzo in ambienti microgravitazionali. Gli ingegneri di Aavid hanno sviluppato una vasta gamma di tubi di calore e sistemi di raffreddamento a liquido per la gestione del calore a temperature criogeniche, come quelli a elio a -270°C (3K), a idrogeno a -250°C (23K), al neon a -240°C (33K) e all'ossigeno a -220°C (53K).

Aavid, la divisione termica di Boyd Corporation, allora chiamata Thermacore, suggerì alla NASA di utilizzare tubi di calore criogenici per il trasferimento di calore nell'esperimento del refrigeratore/congelatore SOR/F e si occupò della progettazione e della realizzazione di tubi di calore in rame con acetone per i test della NASA nelle missioni dello Space Shuttle.



Risultati degli esperimenti con il refrigeratore/congelatore orbitale Stirling

Durante la missione STS-60 dello Space Shuttle, i tubi di calore in rame hanno operato a temperature comprese tra i -30°C (243K) e i -60°C (213K) utilizzando come fluido di lavoro l'acetone. I tubi di calore del refrigeratore SOR/F sono stati capaci di rimuovere fino a 10 W di potenza in un ambiente di microgravità come quello dello spazio.




Hai domande? Siamo pronti ad aiutarti!