극저온 우주 응용 분야 소개

우주 기반 통신, 센서 및 실험 분야의 계속되는 발전과 우주선 전자 장치의 진화로 인해, 저온 미세중력 환경에서는 더욱 정교한 열 제어와 효율적인 열 제거가 필요해지고 있습니다.

NASA는 미래의 생명공학과 생물의학 우주 비행 프로젝트를 위해 신뢰할 수 있는 냉장고/냉동고(R/F) 모듈을 개발하려는 목표를 가지고 있었습니다. 그리고 이를 위해 고급 R/F 모듈에 필요한, 정교한 냉장고/냉동고 핵심 기술을 찾아 개발하고 시연하고자 했습니다.

공기 또는 액체 냉각과 같은 전통적인 열 관리 솔루션은 우주 응용 분야에서 실행 가능한 옵션이 아닙니다. 대신 보이드는 NASA가 우주 왕복선 임무 중에 테스트 할 수있는 극저온 응용 분야를 위해 특별히 설계된 수동 두 단계 냉각 솔루션을 개발했습니다.

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STS 40의 생명과학 우주실험실에 설치되었던 냉장고

NASA 극저온 온도 제어 문제

NASA는 궤도 프로젝트 기간에 안정적인 냉동을 제공하는 기술을 증명하기 위해 스털링 궤도 냉장고/냉동고(SOR/F)를 실험하던 중이었습니다. SOR/F의 서브시스템 후보는 우주왕복선 디스커버리호에서 테스트되었습니다(STS 60).

극저온 제어를 위한 Boyd의 솔루션

우주에 대기가 거의 없거나 전혀 없다는 이유만으로 주변 공기로 열을 방산하는 것은 효과적인 열 관리 솔루션이 아닙니다. 방사는 우주 공간에서 가장 안정적인 냉각 방법이지만, 내부 요소가 방사 표면으로 나오지 못할 수도 있습니다.

Boyd는 극저온 환경에서 사용하도록 설계된 극저온 히트 파이프 및 루프 히트 파이프의 개발을 개척했습니다. Aavid의 엔지니어들은 -270°C(3K)의 헬륨, -250°C(23K)의 수소, -240°C(33K)의 네온, -220°C(53K)의 산소 등 극저온 열 관리를 위한 광범위한 히트 파이프/유체 시스템을 시연했습니다.

당시 Thermacore로 알려진 Boyd는 NASA가 SOR / F 실험에서 열을 전달하기 위해 극저온 히트 파이프를 사용할 것을 권장했습니다. 보이드는 NASA가 우주 왕복선 디스커버리에서 테스트할 수 있도록 구리와 아세톤 히트 파이프 어셈블리를 설계하고 제작했습니다.

스털링 궤도 냉장고/냉동고 테스트 결과

디스커버리호의 STS-60 임무 기간 동안, 히트 파이프는 아세톤 활성 유체를 통해 -30°C(243K)부터 -60°C(213K)까지의 작동 온도에서 작동했습니다. 그리고 SOR/F 히트 파이프는 우주 미세중력 환경에서 최대 10W의 전력을 제거할 수 있는 것으로 증명되었습니다.

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