名古屋大学的新型热开关装置使月球车能够有效管理月球上的极端热条件，延长其运行寿命并减少能源消耗。资料来源：Shinichiro Kinoshita, Masahito Nishikawara
宇航员驾驶航天器在月球地形上航行时，不仅要面对零重力和可能掉落陨石坑的危险，还要应对剧烈的温度变化。月球的气候从127°C（260°F）的灼热高温到-173°C（-280°F）的刺骨低温不等。
日本名古屋大学的研究小组开发了一种热开关装置，旨在提高月球车的耐用性。他们与日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency）的合作研究在《应用热工程》（Applied Thermal Engineering）杂志上发表。
未来的月球任务需要可靠的机器，能够在这种恶劣的条件下工作。日本名古屋大学的一个研究小组认识到未来的月球探测需要坚固耐用的机器，他们发明了一种热开关装置，有望延长月球探测车的运行寿命。他们与日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency）合作进行的研究发表在《应用热工程》（Applied Thermal Engineering）杂志上。
热开关技术：月球条件下的解决方案
首席研究员 Masahito Nishikawara 说："能够在白天散热和夜间隔热之间切换的热开关技术对于长期月球探测至关重要。白天，月球车处于活动状态，电子设备会产生热量。由于太空中没有空气，电子设备产生的热量必须主动冷却和散发。另一方面，在极其寒冷的夜晚，电子设备必须与外界环境隔绝，以免过于寒冷。"
目前的设备往往依靠加热器或连接到环形热管上的无源阀门来实现夜间保温。然而，加热器成本高昂，而被动阀会提高流体流速，导致压力下降，从而影响热量传递效率。Nishikawara 团队开发的技术提供了一个中间地带。它的压降比被动阀低，耗电量比加热器低，在夜间可以保持热量，而不影响白天的冷却性能。
运行机制和能源效率
该团队开发的热控装置将环形热管（LHP）与电动流体动力（EHD）泵结合在一起。白天，EHD 泵不工作，使 LHP 正常运行。在月球车中，LHP 使用的制冷剂在蒸气和液体状态之间循环。当设备升温时，蒸发器中的液态制冷剂汽化，通过月球车的散热器释放热量。然后，蒸气又冷凝成液体，返回蒸发器再次吸收热量。这一循环由蒸发器中的毛细力驱动，因此非常节能。
夜间，EHD 泵会施加与 LHP 流量相反的压力，阻止制冷剂的流动。电子设备与夜间寒冷的环境完全隔绝，用电量极低。该团队的研究包括选择 EHD 泵的电极形状、设备设计、性能评估，以及利用 EHD 泵停止低压涡轮机运行的演示测试。结果表明，夜间耗电量几乎为零。
技术的影响和未来应用
Nishikawara 说："这种开创性的方法不仅确保了漫游车在极端温度下的生存，还最大限度地减少了能源消耗，这在资源有限的月球环境中是一个至关重要的考虑因素。它为未来月球任务的潜在整合奠定了基础，有助于实现持续的月球探测努力。"
这项技术的意义不仅限于月球车，还可广泛应用于航天器的热管理。将 EHD 技术集成到热流体控制系统中，可以提高热传导效率，减轻运行挑战。未来，这将在太空探索中发挥重要作用。
这种热开关装置的开发是为长期月球任务和其他太空探索活动开发技术的一个重要里程碑。所有这些都意味着，未来月球车和其他航天器应能更好地在极端的太空环境中运行。
DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2024.123428
