Karstās vasaras dienās ir pienācis laiks runāt par kosmosa siltumu un aukstumu. Pateicoties zinātniskās fantastikas filmām, zinātnei un ne pārāk populārajām zinātnes programmām, daudzi ir pārliecinājušies, ka kosmoss ir neiedomājami auksta vieta, kurā svarīgākais ir atrast, kā sasildīties. Bet patiesībā viss ir daudz sarežģītāk.

Lai saprastu, vai kosmosā ir silts vai auksts, vispirms jāatgriežas pie fizikas pamatiem. Tātad, kas ir siltums? Temperatūras jēdziens attiecas uz vielas molekulām, kas atrodas pastāvīgā kustībā. Kad tiek saņemta papildu enerģija, molekulas sāk kustēties aktīvāk, un, zūdot enerģijai, tās kustas lēnāk.

No šī fakta izriet trīs secinājumi:
1) vakuumam nav temperatūras;
2) vakuumā ir tikai viens siltuma pārneses veids - starojums;
3) objektu kosmosā, faktiski kustīgu molekulu grupu, var atdzesēt, saskaroties ar lēni kustīgu molekulu grupu, vai sildīt, saskaroties ar ātri kustīgu grupu.

Pirmais princips tiek izmantots termosā, kur vakuuma sienas notur karstas tējas un kafijas temperatūru. Tādā pašā veidā sašķidrinātā dabasgāze tiek transportēta tankkuģos. Otrais princips nosaka tā sauktos ārējās siltuma apmaiņas apstākļus, tas ir, Saules (un/vai citu starojuma avotu) un kosmosa kuģa mijiedarbību. Trešais princips tiek izmantots kosmosa kuģu iekšējās struktūras projektēšanā.

Runājot par telpas temperatūru, tās var nozīmēt divas dažādas temperatūras: telpā izkliedētās gāzes temperatūru vai kosmosā esošā ķermeņa temperatūru. Kā visi zina, kosmosā ir vakuums, taču tā nav pilnīgi taisnība. Gandrīz visa telpa tur, vismaz galaktiku iekšienē, ir piepildīta ar gāzi, tā ir tik reti sastopama, ka tai gandrīz nav termiskās ietekmes uz tajā ievietoto ķermeni.

Retajā kosmiskajā gāzē molekulas ir ārkārtīgi reti sastopamas, un to ietekme uz makroķermeņiem, piemēram, satelītiem vai astronautiem, ir nenozīmīga. Šādu gāzi var uzkarsēt līdz galējām temperatūrām, taču molekulu retuma dēļ kosmosa ceļotāji to nejutīs. Tie. lielākajai daļai parasto kosmosa kuģu un kuģu vispār nav svarīgi, kāda ir starpplanētu un starpzvaigžņu vides temperatūra: vismaz 3 kelvini, vismaz 10 000 grādi pēc Celsija.

Svarīga ir cita lieta: kāds ir mūsu kosmiskais ķermenis, kāda tā temperatūra un kādi starojuma avoti atrodas tuvumā.

Galvenais termiskā starojuma avots mūsu Saules sistēmā ir Saule. Un Zeme tai atrodas diezgan tuvu, tāpēc tuvās Zemes orbītās ir ļoti svarīgi pielāgot kosmosa kuģa un Saules “attiecības”.

Visbiežāk viņi mēģina ietīt cilvēka radītus objektus kosmosā daudzslāņu segā, kas neļauj satelīta siltumam izkļūt kosmosā un neļauj saules stariem apcept smalkās ierīces iekšpuses. Daudzslāņu segu sauc par EVTI - ekrāna-vakuuma siltumizolāciju, “zelta foliju”, kas patiesībā nav zelts vai folija, bet gan polimēra plēve, kas pārklāta ar īpašu sakausējumu, līdzīgu tai, kurā tiek ietīti ziedi.

Tomēr dažos gadījumos un no dažiem ražotājiem EVTI nav līdzīgs folijai, bet veic to pašu izolācijas funkciju.

Dažkārt dažas satelīta virsmas tiek apzināti atstātas atvērtas, lai tās absorbētu saules starojumu vai izvadītu siltumu no iekšpuses kosmosā. Parasti pirmajā gadījumā virsmas tiek pārklātas ar melnu emalju, kas spēcīgi absorbē Saules starojumu un slikti izstaro savu, bet otrajā - ar baltu emalju, kas slikti absorbē un labi mācās.

Ir gadījumi, kad instrumentiem uz kosmosa kuģa ir jādarbojas ļoti zemā temperatūrā. Piemēram, Millimetron un JWST observatorijas novēros Visuma termisko starojumu, un šim nolūkam gan to borta teleskopu spoguļiem, gan starojuma uztvērējiem jābūt ļoti aukstiem. JWST galveno spoguli plānots atdzesēt līdz - 173 grādiem pēc Celsija, bet Millimetron - vēl zemāk, līdz - 269 grādiem pēc Celsija. Lai Saule nesasildītu kosmosa observatorijas, tās ir pārklātas ar tā saukto starojuma ekrānu: sava veida daudzslāņu saules lietussargu, kas līdzīgs EVTI.

Starp citu, tieši šādiem “aukstiem” satelītiem svarīga kļūst neliela sildīšana no retinātas kosmiskās gāzes un pat no kosmiskā mikroviļņu fona starojuma fotoniem, kas piepilda visu Visumu. Daļēji tāpēc Millimetron, ka JWST tiek nosūtīts prom no siltās Zemes uz Lagranžas punktu, kas atrodas 1,5 miljonu km attālumā. Papildus saulessargiem šiem zinātniskajiem satelītiem būs sarežģīta sistēma ar radiatoriem un daudzpakāpju ledusskapjiem.

Citās, mazāk sarežģītās ierīcēs siltuma zudumi telpā tiek veikti arī ar radiatoru starojumu. Parasti tās ir pārklātas ar baltu emalju, un tās cenšas novietot vai nu perpendikulāri saules gaismai, vai ēnā. Elektro-L laika pavadoņā bija nepieciešams atdzesēt infrasarkanā skenera matricu līdz -60 grādiem pēc Celsija. Tas tika panākts ar radiatora palīdzību, kas pastāvīgi tika turēts ēnā, un ik pēc sešiem mēnešiem satelīts tika pagriezts par 180 grādiem, lai zemes ass slīpums nenovestu pie tā, ka radiators tiek pakļauts saules stariem. Ekvinokciju dienās satelīts bija jātur nelielā leņķī, tāpēc attēlos pie Zemes poliem parādījās artefakti.

Pārkaršana ir viens no šķēršļiem, veidojot kosmosa kuģi ar jaudīgu kodolenerģijas avotu. Elektroenerģija uz kuģa tiek iegūta no siltuma, kuras efektivitāte ir daudz mazāka par 100%, tāpēc lieko siltumu nākas izmest kosmosā. Mūsdienās izmantotie tradicionālie radiatori būtu pārāk lieli un smagi, tāpēc šobrīd mūsu valstī notiek darbs pie lāsīšu radiatoru ledusskapju izveides, kuros dzesēšanas šķidrums pilienu veidā lido pa kosmosu un, to pētot, atdod tam siltumu.

Saules sistēmas galvenais starojuma avots ir Saule, taču planētas, to pavadoņi, komētas un asteroīdi sniedz būtisku ieguldījumu to tuvumā lidojošā kosmosa kuģa termiskajā stāvoklī. Visiem šiem debess ķermeņiem ir sava temperatūra un tie ir termiskā starojuma avoti, kas turklāt mijiedarbojas ar aparāta ārējām virsmām savādāk nekā “karstāks” Saules starojums. Taču planētas atstaro arī saules starojumu, un planētas ar blīvu atmosfēru izkliedēti atstaro debess ķermeņus bez atmosfēras – saskaņā ar īpašu likumu, bet planētas ar retinātu atmosfēru, piemēram, Marss – pavisam savādāk.

Veidojot kosmosa kuģi, jāņem vērā ne tikai ierīces un telpas “attiecības”, bet arī visi iekšējie instrumenti un ierīces, kā arī satelītu orientācija attiecībā pret starojuma avotiem. Lai nodrošinātu, ka daži nesasilda citus, bet citi nesasalst un darba temperatūra uz kuģa tiek uzturēta, tiek izstrādāta atsevišķa servisa sistēma. To sauc par "Siltuma vadības sistēmu" vai SOTS. Tas var ietvert sildītājus un ledusskapjus, radiatorus un siltuma caurules, temperatūras sensorus un pat īpašus datorus. Var izmantot aktīvās vai pasīvās sistēmas, kad sildītāju lomu pilda darbības ierīces, un radiators ir ierīces korpuss. Šī vienkāršā un uzticamā sistēma tika izveidota privātajam Krievijas satelītam Dauria Aerospace.

Sarežģītākās aktīvās sistēmās tiek izmantotas cirkulējošas dzesēšanas šķidruma vai siltuma caurules, kas ir līdzīgas tām, kuras bieži izmanto siltuma pārnešanai no CPU uz datoru un klēpjdatoru radiatoru.

Atbilstība termiskajam režīmam bieži vien ir izšķirošs faktors ierīces darbībā. Piemēram, Lunokhod 2, kas bija jutīgs pret temperatūras izmaiņām, nomira, jo uz tā jumta bija kāda smieklīga sauja melna regolīta. Saules starojums, ko vairs neatspoguļoja siltumizolācija, izraisīja iekārtas pārkaršanu un “mēness traktora” atteici.

Kosmosa kuģu un kuģu izveidē termiskā režīma ievērošanu veic individuāli SOTP inženierzinātņu speciālisti. Viens no viņiem, Aleksandrs Šaenko no Dauria Aerospace, strādāja pie DX1 satelīta, un viņš palīdzēja šī materiāla tapšanā. Tagad Aleksandrs ir aizņemts, lasot lekcijas par astronautiku un veidojot savu satelītu, kas kalpos kosmosa popularizēšanai, kļūstot par spožāko objektu debesīs aiz Saules un Mēness.

> Cik auksts ir kosmosā?

Kāda ir temperatūra kosmosā orbītā? Uzziniet, cik auksts ir kosmosā, vakuuma temperatūra, absolūtā nulle, vērtība ēnā.

Ja mums būtu iespēja ceļot starp zvaigznēm un iziet cauri starpgalaktiskajai telpai, mums būtu jānonāk dažās diezgan aukstās vietās. Tāpēc neaizmirstiet iesaiņot dažus džemperus, jo tas būs auksts. Bet cik auksts ir kosmosā un kāda ir temperatūra kosmosā?

Nu, atšķirībā no jūsu mājas, automašīnas un peldbaseina, vakuumā nav temperatūras. Tāpēc izvirzītais jautājums patiesībā izklausās diezgan stulbi. Tikai tad, ja jūs pats atrodaties kosmosā, varat noteikt, kāda temperatūra ir kosmosā ārpus kuģa.

Ir trīs siltuma pārneses metodes: vadīšana, konvekcija un starojums. Sildiet vienu metāla caurules pusi, un temperatūra tiks pārnesta uz otru (vadītspēja). Cirkulārais gaiss spēj pārnest siltumu no vienas telpas malas uz otru (konvekcija). Bet vakuumā darbojas tikai pēdējā metode.

Objekts absorbē enerģijas fotonus un uzsilst. Tajā pašā laikā fotoni rada starojumu. Sildīšana notiek, kad objekts absorbē vairāk nekā izstaro. Pretējā gadījumā tas atdziest.

Ir punkts, kurā jūs nevarat iegūt vairāk enerģijas no objekta. Šī ir minimālā iespējamā temperatūra, kas pielīdzināta absolūtai nullei. Bet šeit ir viens interesants punkts - jūs nekad nesasniegsiet šo atzīmi.

Apmeklēsim Starptautisko kosmosa staciju ar tās temperatūru kosmosā orbītā. Pliks metāls uzsilst līdz 260°C, pakļaujot to pastāvīgai saules gaismai. Tas ir neticami bīstami astronautiem, kuri arī ir spiesti doties kosmosā. Tāpēc ir nepieciešams uzklāt aizsargpārklājumu. Bet ēnā objekts atdziest līdz -100°C.

Astronauti var piedzīvot pēkšņas temperatūras izmaiņas atkarībā no tā, kurā pusē viņi ir vērsti pret Sauli. Protams, to kompensē skafandri ar apkures un dzesēšanas sistēmām.

Ejam vēl tālāk. Jo tālāk jūs virzāties no , jo zemāka temperatūra telpā kļūst. Plutona virsmas temperatūra sasniedz -240°C (33 grādus virs absolūtās nulles). Gāzes un putekļu temperatūra starp zvaigznēm ir 10-20 grādus virs absolūtās nulles.

Ja uzkāpsiet pēc iespējas tālāk, jūs iegūsit 2,7 Kelvinu (-270,45°C) temperatūru. Tā jau ir reliktā starojuma temperatūra, kas caurstrāvo visu Visumu. Tātad, jā, kosmosā ir sasodīti auksts!

Iespējams, viens no senākajiem un izplatītākajiem mītiem par kosmosu ir šāds: kosmosa vakuumā jebkurš cilvēks uzsprāgs bez īpaša skafandra. Loģika ir tāda, ka, tā kā tur nav spiediena, mēs piepūšam un plīsām kā balons, kas bija pārāk daudz piepūsts. Tas var jūs pārsteigt, taču cilvēki ir daudz izturīgāki par baloniem. Mēs neplīstamies, kad saņemam injekciju, un mēs arī nesprāgsim kosmosā — mūsu ķermenis ir pārāk izturīgs vakuumam. Mazliet uzpūtīsimies, tas ir fakts. Taču mūsu kauli, āda un citi orgāni ir pietiekami izturīgi, lai tos izdzīvotu, ja vien kāds tos aktīvi nesarauj. Patiesībā daži cilvēki jau ir pieredzējuši ārkārtīgi zema spiediena apstākļus, strādājot kosmosa misijās. 1966. gadā kāds vīrietis izmēģināja skafandru un pēkšņi atspiedās 36 500 metru augstumā. Viņš zaudēja samaņu, bet nesprāga. Viņš pat izdzīvoja un pilnībā atveseļojās.

Cilvēki salst

Šī maldība tiek bieži izmantota. Kurš gan no jums nav redzējis, ka kāds nonāk ārpus kosmosa kuģa bez uzvalka? Tas ātri sasalst, un, ja to neatnes, tas pārvēršas par lāsteku un aizpeld. Realitātē notiek tieši pretējais. Ja dodaties kosmosā, jūs nesasalsiet, gluži pretēji, jūs pārkarsīsit. Ūdens virs siltuma avota uzsils, pacelsies, atdzisīs un sāksies no jauna. Bet kosmosā nav nekā, kas varētu pieņemt ūdens siltumu, kas nozīmē, ka atdzišana līdz sasalšanas temperatūrai nav iespējama. Jūsu ķermenis strādās, lai ražotu siltumu. Tiesa, kamēr kļūsi neizturami karsts, tu jau būsi miris.

Asinis vārās

Šim mītam nav nekā kopīga ar domu, ka tavs ķermenis pārkarsīs, ja nonāksi vakuumā. Tā vietā tas ir tieši saistīts ar faktu, ka jebkuram šķidrumam ir tieša saistība ar vides spiedienu. Jo augstāks spiediens, jo augstāka viršanas temperatūra, un otrādi. Jo šķidrums vieglāk pāriet gāzes formā. Cilvēki ar loģiku var uzminēt, ka kosmosā, kur vispār nav spiediena, šķidrums vārīsies, un asinis arī ir šķidrums. Ārmstronga līnija ir vieta, kur atmosfēras spiediens ir tik zems, ka šķidrums vārīsies istabas temperatūrā. Problēma ir tāda, ka, lai gan šķidrums kosmosā vārīsies, asinis ne. Citi šķidrumi, piemēram, siekalas mutē, uzvārīsies. Vīrietis, kurš atspiedās 36 500 metru augstumā, sacīja, ka siekalas “savārīja” viņa mēli. Šī vārīšana vairāk līdzināsies žāvēšanai ar fēnu. Tomēr asinis, atšķirībā no siekalām, atrodas slēgtā sistēmā, un jūsu vēnas tās turēs zem spiediena šķidrā stāvoklī. Pat ja atrodaties pilnīgā vakuumā, tas, ka asinis ir bloķētas sistēmā, nozīmē, ka tās nepārvērsīsies gāzē un neizplūst.

Saule ir vieta, kur sākas kosmosa izpēte. Šī ir liela ugunsbumba, ap kuru griežas visas planētas, kas atrodas diezgan tālu, bet sasilda mūs, neapdedzinot. Ņemot vērā, ka mēs nevarētu pastāvēt bez saules gaismas un siltuma, ir pārsteidzoši, ka par Sauli pastāv liels nepareizs priekšstats: ka tā deg. Ja jūs kādreiz esat sadedzinājis sevi ar uguni, apsveicam, jūs esat skāris vairāk uguns, nekā Saule jums varētu dot. Patiesībā Saule ir liela gāzes bumba, kas izstaro gaismas un siltuma enerģiju kodolsintēzes procesā, kad divi ūdeņraža atomi veido hēlija atomu. Saule dod gaismu un siltumu, bet parasto uguni nemaz nedod. Tā ir tikai liela, silta gaisma.

Melnie caurumi ir piltuves

Ir vēl viens izplatīts nepareizs priekšstats, ko var attiecināt uz melno caurumu attēlojumu filmās un multfilmās. Protams, viņi savā būtībā ir “neredzami”, taču tādai auditorijai kā tu un es viņi tiek attēloti kā draudīgi likteņa virpuļi. Tie ir attēloti kā divdimensiju piltuves ar izeju tikai vienā pusē. Patiesībā melnais caurums ir sfēra. Tam nav vienas puses, kas jūs iesūktu, drīzāk tā ir kā planēta ar milzīgu gravitāciju. Ja jūs no jebkura virziena tai pietuvojaties pārāk tuvu, tad jūs tiksiet norīts.

Atkārtota ienākšana

Mēs visi esam redzējuši, kā kosmosa kuģi atkārtoti ieiet Zemes atmosfērā (tā sauktā atkārtotā ienākšana). Tas ir nopietns pārbaudījums kuģim; kā likums, tā virsma kļūst ļoti karsta. Daudzi no mums domā, ka tas ir saistīts ar berzi starp kuģi un atmosfēru, un šim skaidrojumam ir jēga: kuģis it kā nebūtu nekā ieskauts un pēkšņi sāk berzēties pret atmosfēru milzīgā ātrumā. Protams, viss uzkarsēs. Patiesība ir tāda, ka atgriešanās laikā berze noņem mazāk nekā procentus siltuma. Galvenais sildīšanas iemesls ir saspiešana vai saraušanās. Kuģim steidzoties atpakaļ uz Zemi, gaiss, kas tam iet cauri, saspiežas un ieskauj kuģi. To sauc par priekšgala triecienvilni. Gaiss, kas atsitas pret kuģa galvu, to nospiež. Notiekošā ātruma dēļ gaiss uzsilst, nepaliekot laika dekompresijai vai atdzišanai. Lai gan daļu siltuma absorbē siltuma vairogs, tas ir gaiss ap transportlīdzekli, kas rada skaistus attēlus par atkārtotu iekļūšanu atmosfērā.

Komētu astes

Uz brīdi iedomājieties komētu. Visticamāk, jūs iztēlojaties ledus gabalu, kas skrien cauri kosmosam ar gaismas vai uguns asti aiz tā. Jums var būt pārsteigums, ka komētas astes virzienam nav nekā kopīga ar virzienu, kādā komēta kustas. Fakts ir tāds, ka komētas aste nav berzes vai ķermeņa iznīcināšanas rezultāts. Saules vējš uzkarsē komētu un izraisa ledus kušanu, liekot ledus un smilšu daļiņām lidot pretējā vēja virzienā. Tāpēc komētas aste ne vienmēr sekos tai aiz muguras, bet vienmēr būs vērsta prom no saules.

Pēc Plutona pazemināšanas Merkurs kļuva par mazāko planētu. Tā ir arī Saulei vistuvākā planēta, tāpēc būtu dabiski pieņemt, ka tā ir karstākā planēta mūsu sistēmā. Īsāk sakot, Merkurs ir sasodīti auksta planēta. Pirmkārt, dzīvsudraba karstākajā punktā temperatūra ir 427 grādi pēc Celsija. Pat ja visa planēta uzturētu šo temperatūru, Merkurs joprojām būtu vēsāks nekā Venēra (460 grādi). Iemesls, kāpēc Venera, kas atrodas gandrīz 50 miljonus kilometru tālāk no Saules nekā Merkurs, ir siltāka, ir tās oglekļa dioksīda atmosfēra. Merkurs nevar ne ar ko lepoties.

Vēl viens iemesls ir saistīts ar tā orbītu un rotāciju. Dzīvsudrabs veic pilnu apgriezienu ap Sauli 88 Zemes dienās un pilnu apgriezienu ap savu asi 58 Zemes dienās. Nakts uz planētas ilgst 58 dienas, kas dod pietiekami daudz laika, lai temperatūra pazeminātos līdz -173 grādiem pēc Celsija.

Zondes

Ikviens zina, ka Curiosity rover pašlaik veic nozīmīgu pētījumu par Marsu. Taču cilvēki ir aizmirsuši par daudzām citām zondēm, kuras esam izsūtījuši gadu gaitā. Rover Opportunity nolaidās uz Marsa 2003. gadā ar mērķi veikt misiju 90 dienu laikā. Pēc 10 gadiem tas joprojām darbojas. Daudzi cilvēki domā, ka mēs nekad neesam sūtījuši zondes uz citām planētām, izņemot Marsu. Jā, mēs esam nosūtījuši orbītā daudzus satelītus, bet kaut ko nolaižam uz citas planētas? Laikā no 1970. līdz 1984. gadam PSRS uz Veneras virsmas veiksmīgi nolaida astoņas zondes. Tiesa, viņi visi nodega, pateicoties planētas nedraudzīgajai atmosfērai. Visnoturīgākais kosmosa kuģis izdzīvoja apmēram divas stundas, daudz ilgāk, nekā gaidīts.

Ja dosimies mazliet tālāk kosmosā, mēs sasniegsim Jupiteru. Roveriem Jupiters ir vēl grūtāks mērķis nekā Marss vai Venera, jo tas ir gandrīz pilnībā izgatavots no gāzes, ar kuru nevar braukt. Bet tas neapturēja zinātniekus, un viņi tur nosūtīja zondi. 1989. gadā Galileo kosmosa kuģis devās pētīt Jupiteru un tā pavadoņus, ko tas darīja nākamos 14 gadus. Viņš arī nometa zondi uz Jupiteru, kas nosūtīja informāciju par planētas sastāvu. Lai gan ceļā uz Jupiteru ir vēl viens kuģis, šī pati pirmā informācija ir nenovērtējama, jo tajā laikā Galileo zonde bija vienīgā zonde, kas ienira Jupitera atmosfērā.

Bezsvara stāvoklis

Šis mīts šķiet tik acīmredzams, ka daudzi cilvēki atsakās pārliecināt sevi par pretējo. Satelīti, kosmosa kuģi, astronauti un citi nepiedzīvo bezsvara stāvokli. Īsts bezsvara stāvoklis jeb mikrogravitācija neeksistē, un neviens to nekad nav pieredzējis. Lielākajai daļai cilvēku rodas iespaids: kā tas ir iespējams, ka astronauti un kuģi peld tāpēc, ka atrodas tālu no Zemes un nepiedzīvo tās gravitācijas pievilcību. Faktiski gravitācija ļauj tiem peldēt. Lidojot apkārt Zemei vai jebkuram citam debess ķermenim ar ievērojamu gravitāciju, objekts nokrīt. Bet, tā kā Zeme nepārtraukti kustās, šie objekti tajā neietriecas.

Zemes gravitācija mēģina uzvilkt kuģi uz tās virsmas, taču kustība turpinās, tāpēc objekts turpina krist. Šis mūžīgais kritiens noved pie ilūzijas par bezsvara stāvokli. Arī astronauti kuģī krīt, bet šķiet, ka viņi peld. Tādu pašu stāvokli var piedzīvot krītošā liftā vai lidmašīnā. Un to var piedzīvot lidmašīnā brīvi krītot 9000 metru augstumā.

Neskatoties uz visiem izplatītajiem mītiem, kosmosā patiesībā nav ne auksts, ne karsts. Šīs īpašības var būt tikai matērijai, un telpa ir matērijas trūkums. Zinātne saka, ka siltums ir molekulārās aktivitātes mērs. Tā kā kosmosā ir ļoti maz atomu vai molekulu, tas ir gandrīz ideāls vakuums.

Astronauts Buzs Oldrins (NASA arhīvs)

Tikai siltuma avotu klātbūtne vai attālums nosaka viršanas vai sasalšanas temperatūru un attiecīgi cilvēka sajūtas – vai šobrīd ir auksts vai karsts. Tieši tāpēc jautājums par termoregulāciju un kosmosa kuģa apdzīvojamo kapsulu, un jo īpaši skafandru, ir tik svarīgs. Galu galā, spriežot pēc astronautu ziņojumiem un viņu prezentētajiem filmām un fotomateriāliem, skafandros viņi stundas (vai pat 10-12 stundas) pavadīja kosmosā (tas ir, vai nu zem svilstošās Saules, vai tās ledainā ēnā) , un skafandrs bija gan viņu vienīgā pajumte, gan gandrīz mājvieta.

Un, kad 1969. gadā un turpmākajos trīs gados amerikāņu astronauti jautri lēkāja pa Mēness virsmu, visi, protams, pievērsa uzmanību mugursomām mugurā. Strādnieki no visas planētas ar neapšaubāmu cieņu skatījās uz šo progresīvo amerikāņu tehnoloģiju šedevru. Galu galā šī universālā mugursoma nodrošināja astronautam visu nepieciešamo. Tā kā telpa bija “auksta”, kā visi tolaik uzskatīja, mugursomai bija jānodrošina pietiekama apkure. Un arī normāls spiediens, skābekļa padeve, liekā mitruma izvadīšana utt.. Tad gan atcerējās, ka Mēness dienā ir karstāks par verdošu ūdeni (Saule uzsilda savu virsmu līdz 120°C), un astronautam drīzāk nepieciešama dzesēšana sistēmas. Bet tas izraisīja vēl lielāku cieņu pret amerikāņu tehnologiem: kādas brīnišķīgas atbalsta sistēmas viņi ir radījuši – tās glābj jūs no karstuma un aukstuma!

Mēness foto (arhīvs wordpress.com)

Īsumā šo sistēmu un mugursomu, kurā tā atrodas, sauc par PSZHO — Portable Life Support System (PLSS — Portable Life Support System). Lietošanai gatavs PSJO sver 38 kg uz Zemes un nedaudz vairāk par 6 kg uz Mēness, un ir 66 cm garš, 46 cm plats un 25 cm biezs. Līdz ar to kopējais mugursomas tilpums ir 0,66 x 0,46 x 0,25 = 0,076 kubikmetri. NASA apgalvoja, ka PSJO nodrošināja astronautam pilnīgu dzīvības atbalstu vairākas stundas. Bija: skābekļa balons, oglekļa dioksīda neitralizators, ierīce mitruma noņemšanai, tvertne ar ūdeni dzesēšanai, vēl viens konteiners ar notekūdeņiem likvidēšanai, siltummainis, sensoru sistēma ķermeņa dzīvības funkciju uzraudzībai, jaudīga rācija signāla pārraidīšanai uz Zemi, 4 litri ūdens. Turklāt baterijas ir pietiekami lielas, lai darbinātu visu šīs mugursomas aprīkojumu.

Tomēr prāti atzīmē sistēmas analoģiju ar vaļu un kašalotu caurumu: kad tie atgriežas no okeāna dzīlēm uz virsmu, tiem ir jāizmet izplūdes gaiss un tvaiki ar spēcīgu strūklaku. Un astronauti ir arī citi atkritumi. Tas ir, viņiem bija jāiet uz Mēness vai nu tvaika strūklaku, vai smalku ledus drupatu oreolā, ko no skafandriem izdala sviedri, urīns un citi dabiski ķermeņa izmeši. Labi, pieņemsim, ka NASA nepublicēja šos attēlus ētisku iemeslu dēļ.

Bet kā tas viss tika izdarīts no tehniskā viedokļa? NASA apgalvo, ka astronauti valkāja kombinezonus, kuros bija iešūtas plānas plastmasas caurules, kas pildītas ar ūdeni, savienotas ar ūdens tvertni: "Tika izmantota efektīvāka dzesēšanas sistēma, izmantojot ar ūdeni dzesējamu apakšveļu, kurā bija iešūtas plānas plastmasas caurules."

Buzs Oldrins (NASA arhīvs)

Karstais gaiss skafandros, ko radīja astronauta ķermeņa vielmaiņas procesi, acīmredzot tika noņemts, izmantojot šo sistēmu, PSZHO siltummainī. Kad uzvalks sāka uzkrāt lieko siltumu, astronauts nospieda pogu, aktivizējot notekūdeņu izvadīšanas mehānismu no siltummaiņa izejas. "Ūdens izplūda no tērpa, pārvērtās ledū un tika izsmidzināts kosmosā," liecina astronauti.

Vienīgā plastmasas priekšrocība ir tās elastība. Pretējā gadījumā plastmasa ir sliktākā izvēle dzesēšanas sistēmai, jo tā ir labs siltumizolators. Sistēma varētu darboties tikai tad, ja PSJO būtu pietiekami daudz ūdens. Cik daudz ūdens ir nepieciešams, lai izpildītu uzdevumu? Astronauta virsmas laukums ir aptuveni 0,75 kvadrātmetri. m. Izmantojot izstarojuma koeficientu 0,2, mēs atrodam absorbēto saules starojumu: 1353 W / m² × 0,2 × 0,75 m² = 203 W.

NASA oficiālās versijas atbalstītāji apgalvo: "PSJO tika izstrādāts, lai izkliedētu astronauta radīto vielmaiņas siltumu ar ātrumu 1600 britu siltuma vienību (BTU) stundā." Tā kā 1 BTU stundā noapaļots ir vienāds ar 0,293 vatiem, mēs iegūstam 469 vatus. Tas jāpievieno Saules termiskajam starojumam: 203 + 469 = 672 W.

Tagad ir jāaprēķina uzvalka ēnas puses izdalītais siltums. Bet vispirms mums būs jāizdara daži pieņēmumi par gaisa temperatūru un skafandru. Jo augstāka temperatūra, jo vieglāk dzesētājam darboties.

Pieņemsim, ka skafandru temperatūra bija +38°C, t.i., +311°K. Tagad mēs varam izmantot Stefana Boltzmana formulu. Lai to izdarītu, apvērsīsim sākotnējo vienādojumu:

Tādējādi, noapaļojot rezultātu, mēs iegūstam 80 W starojumu. Atņemiet to no 672 un iegūstam 592 vatus. Lai noapaļotu, pievienojiet 8 W dažādam siltuma starojumam no rācijām, ūdens sūkņa utt. Kopā 600 W. Vienā vatā ir 860 kalorijas. Ņemot vērā ekstrēmo gadījumu (strādājot ar 100% efektivitāti), ir nepieciešams saražot pietiekami daudz ledus, lai izturētu 516 000 cal stundā. 4 stundu laikā tas uzkrāj 2 064 000 kalorijas.

Lai samazinātu 1 g ūdens temperatūru par 1°C, ir nepieciešams siltuma zudums par 1 kaloriju. Lai izveidotu ledu, 1 g ūdens jāzaudē vēl 80 kalorijas. Tādējādi temperatūras pazemināšanās no +38°C līdz sasalšanas punktam (0°C) nozīmē 38 kaloriju pārnesi, kā arī vēl 80 kalorijas sasaldēšanai – kopā 118 kalorijas uz katru gramu, kas izplūst caur izeju. Ja dalāt 2 064 000 kalorijas ar 118, jūs iegūstat 17 491 gramu, kas jāatbrīvo. Tas ir 17,5 litri jeb 0,0175 cc. m, t.i., gandrīz ceturtā daļa no PSZHO apjoma. Šāds ūdens daudzums uz Zemes sver 17,5 kg, kas ir 46% no mugursomas svara!

Tagad paskatīsimies uz lietām reāli. Izmantojot 40% efektivitāti (tas ir diezgan augsts rādītājs lielākajai daļai mehānismu), mēs iegūstam daudz iespaidīgākus skaitļus, kas norāda, ka PSJO vienkārši nevarēja ievietot pat dzesēšanas bloku! Bet mugursomā ir arī skābekļa balons, ogļskābās gāzes neitralizators, ierīce mitruma noņemšanai, trauks ar ūdeni dzesēšanai, konteiners ar notekūdeņiem, siltummainis, sensoru sistēma, rācija, jaudīgas baterijas! Vai jums nešķiet, ka šādas mugursomas varētu izveidot tikai burvis?

Tomēr turpināsim par dzesēšanu. Ja 17 491 g ūdens sadalām ar 240 minūtēm, sanāk, ka minūtē no izplūdes atveres nācās izšļakstīt aptuveni 70 g ūdens, kas no uzvalka izplūst kā “sasalušais tvaiks”. Pēdējais izteiciens izklausās apmēram kā "cepts ledus", bet NASA eksperti šķiet pieraduši pie paradoksiem.

Tomēr tam visam nav nozīmes, jo teorētiskie aprēķini ir pretrunā ar reāliem faktiem. Saskaņā ar oficiāli publicēto PSJO šķērsgriezuma diagrammu ūdens tvertne ir tikai 7,6 cm diametrā un 35,5 cm garumā. Attiecīgi šī konteinera tilpums ir 1600 kubikmetri. cm (1,6 l). Šis ūdens ilgs tikai 25-30 minūtes ar neiespējamu 100% efektivitāti! Bet NASA mums pastāstīja par 4 stundām! Varbūt ir izgudrots jauns ūdens koncentrēšanas paņēmiens? No visiem kosmosa laikmeta sasniegumiem tas būtu pārsteidzošākais!

Maikla Kolinsa skafandra foto detaļa (NASA arhīvs)

Ja skatāmies uz lietām reāli, tad mūsu kosmosa varoņiem bija jānēsā līdzi saulessargs. Pasargājot tos no tiešiem saules stariem, tie būtu pasargājuši no daudzām pārkaršanas problēmām, vismaz laikā, kad viņi lēkā uz Mēness.

Bet pat ja viņi lēkājot paslēpās aiz kāda veida lietussarga, kāpēc Mēness moduļi nebija ar neko pārklāti? Viņi stundām ilgi stāvēja zem dedzinošas saules. Iedomājieties, ka jūsu automašīna pagājušajā vasarā vairākas stundas sēdēja saulē! Jūs, iespējams, ilgi nevarēsit aizmirst sajūtu, ka iekāpjat tajā, vai ne? Bet nez kāpēc astronauti pēkšņi paziņo, ka Mēness moduļos viņus sagaida stindzinošs aukstums.

Buzs Oldrins rakstīja, ka LEM bija tik auksts, ka viņam nācās izslēgt gaisa kondicionētāju savā uzvalkā. No otras puses, Kolinss sacīja: "Viņiem atvēlētās 2,5 stundas pagāja ļoti ātri, pēc tam viņi atkal uzkāpa Mēness modulī, aizvēra durvis un sūknēja gaisu salonā." Tas ir ļoti dīvaini, jo skafandra gaisa kondicionieris (ja tāds vispār pastāvēja!) nevarēja darboties normālā spiediena apstākļos LEM iekšienē. Viņš spēja darboties tikai vakuumā! Rodas šaubas: vai šie divi astronauti lidoja uz vienu Mēnesi?

Par kosmisko karstumu un aukstumu

• Uzņēmuma Dauria Aerospace emuārs

Karstās vasaras dienās ir pienācis laiks runāt par kosmosa siltumu un aukstumu. Pateicoties zinātniskās fantastikas filmām, zinātniskajām un ne tik populārajām zinātniskajām programmām, daudzi ir pārliecinājušies, ka kosmoss ir neiedomājami auksta vieta, kurā svarīgākais ir atrast, kā sasildīties. Bet patiesībā viss ir daudz sarežģītāk.

Fotoattēls kosmonauts Pāvels Vinogradovs

Lai saprastu, vai kosmosā ir silts vai auksts, vispirms jāatgriežas pie fizikas pamatiem. Tātad, kas ir siltums? Temperatūras jēdziens attiecas uz ķermeņiem, kuru molekulas atrodas pastāvīgā kustībā. Kad tiek saņemta papildu enerģija, molekulas sāk kustēties aktīvāk, un, zūdot enerģijai, tās kustas lēnāk.

No šī fakta izriet trīs secinājumi:
1) vakuumam nav temperatūras;
2) vakuumā ir tikai viens siltuma pārneses veids - starojums;
3) objektu kosmosā, faktiski kustīgu molekulu grupu, var atdzesēt, saskaroties ar lēni kustīgu molekulu grupu, vai sildīt, saskaroties ar ātri kustīgu grupu.

Pirmais princips tiek izmantots termosā, kur vakuuma sienas notur karstas tējas un kafijas temperatūru. Tādā pašā veidā sašķidrinātā dabasgāze tiek transportēta tankkuģos. Otrais princips nosaka tā sauktos ārējās siltuma apmaiņas apstākļus, tas ir, Saules (un/vai citu starojuma avotu) un kosmosa kuģa mijiedarbību. Trešais princips tiek izmantots kosmosa kuģu iekšējās struktūras projektēšanā.

Runājot par telpas temperatūru, tās var nozīmēt divas dažādas temperatūras: telpā izkliedētās gāzes temperatūru vai kosmosā esošā ķermeņa temperatūru. Kā visi zina, kosmosā ir vakuums, taču tā nav pilnīgi taisnība. Gandrīz visa telpa tur, vismaz galaktiku iekšienē, ir piepildīta ar gāzi, tā ir tik reti sastopama, ka tai gandrīz nav termiskās ietekmes uz tajā ievietoto ķermeni.

Retajā kosmiskajā gāzē molekulas ir ārkārtīgi reti sastopamas, un to ietekme uz makroķermeņiem, piemēram, satelītiem vai astronautiem, ir nenozīmīga. Šādu gāzi var uzkarsēt līdz galējām temperatūrām, taču molekulu retuma dēļ kosmosa ceļotāji to nejutīs. Tie. lielākajai daļai parasto kosmosa kuģu un kuģu vispār nav svarīgi, kāda ir starpplanētu un starpzvaigžņu vides temperatūra: vismaz 3 kelvini, vismaz 10 000 grādi pēc Celsija.

Svarīga ir cita lieta: kāds ir mūsu kosmiskais ķermenis, kāda tā temperatūra un kādi starojuma avoti atrodas tuvumā.

Galvenais termiskā starojuma avots mūsu Saules sistēmā ir Saule. Un Zeme tai atrodas diezgan tuvu, tāpēc tuvās Zemes orbītās ir ļoti svarīgi pielāgot kosmosa kuģa un Saules “attiecības”.

Visbiežāk viņi mēģina ietīt cilvēka radītus objektus kosmosā daudzslāņu segā, kas neļauj satelīta siltumam izkļūt kosmosā un neļauj saules stariem apcept smalkās ierīces iekšpuses. Daudzslāņu segu sauc par EVTI - ekrāna-vakuuma siltumizolāciju, “zelta foliju”, kas patiesībā nav zelts vai folija, bet gan polimēra plēve, kas pārklāta ar īpašu sakausējumu, līdzīgu tai, kurā tiek ietīti ziedi.

Tomēr dažos gadījumos un no dažiem ražotājiem EVTI nav līdzīgs folijai, bet veic to pašu izolācijas funkciju.

Dažkārt dažas satelīta virsmas tiek apzināti atstātas atvērtas, lai tās absorbētu saules starojumu vai izvadītu siltumu no iekšpuses kosmosā. Parasti pirmajā gadījumā virsmas tiek pārklātas ar melnu emalju, kas spēcīgi absorbē saules starojumu, bet otrajā gadījumā ar baltu emalju, kas labi atstaro starus.

Ir gadījumi, kad instrumentiem uz kosmosa kuģa ir jādarbojas ļoti zemā temperatūrā. Piemēram, Millimetron un JWST observatorijas novēros Visuma termisko starojumu, un šim nolūkam gan to borta teleskopu spoguļiem, gan starojuma uztvērējiem jābūt ļoti aukstiem. JWST galveno spoguli plānots atdzesēt līdz - 173 grādiem pēc Celsija, bet Millimetron - vēl zemāk, līdz - 269 grādiem pēc Celsija. Lai Saule nesasildītu kosmosa observatorijas, tās ir pārklātas ar tā saukto starojuma ekrānu: sava veida daudzslāņu saules lietussargu, kas līdzīgs EVTI.

Starp citu, tieši šādiem “aukstiem” satelītiem svarīga kļūst neliela sildīšana no retinātas kosmiskās gāzes un pat no kosmiskā mikroviļņu fona starojuma fotoniem, kas piepilda visu Visumu. Daļēji tāpēc Millimetron, ka JWST tiek nosūtīts prom no siltās Zemes uz Lagranžas punktu, kas atrodas 1,5 miljonu km attālumā. Papildus saulessargiem šiem zinātniskajiem satelītiem būs sarežģīta sistēma ar radiatoriem un daudzpakāpju ledusskapjiem.

Citās, mazāk sarežģītās ierīcēs siltuma zudumi telpā tiek veikti arī ar radiatoru starojumu. Parasti tās ir pārklātas ar baltu emalju, un tās cenšas novietot paralēli saules gaismai vai ēnā. Laika apstākļu satelītā" Electro-L"Ir nepieciešams atdzesēt infrasarkanā skenera matricu līdz -60 grādiem pēc Celsija. Tas tika panākts, izmantojot radiatoru, kas pastāvīgi tika turēts ēnā, un ik pēc pusgada satelīts tika pagriezts par 180 grādiem, lai zemes ass sasvēršanās darītu. nenovest pie tā, ka radiators tiek pakļauts saules stariem.Ekvinokciju dienās satelīts bija jātur nelielā leņķī, tāpēc attēlos pie Zemes poliem parādījās artefakti.

Pārkaršana ir viens no šķēršļiem, veidojot kosmosa kuģi ar jaudīgu kodolenerģijas avotu. Elektroenerģija uz kuģa tiek iegūta no siltuma, kuras efektivitāte ir daudz mazāka par 100%, tāpēc lieko siltumu nākas izmest kosmosā. Mūsdienās izmantotie tradicionālie radiatori būtu pārāk lieli un smagi, tāpēc šobrīd mūsu valstī notiek darbs pie lāsīšu radiatoru ledusskapju izveides, kuros dzesēšanas šķidrums pilienu veidā lido pa kosmosu un, to pētot, atdod tam siltumu.

Saules sistēmas galvenais starojuma avots ir Saule, taču planētas, to pavadoņi, komētas un asteroīdi sniedz būtisku ieguldījumu to tuvumā lidojošā kosmosa kuģa termiskajā stāvoklī. Visiem šiem debess ķermeņiem ir sava temperatūra un tie ir termiskā starojuma avoti, kas turklāt mijiedarbojas ar aparāta ārējām virsmām savādāk nekā “karstāks” Saules starojums. Taču planētas atstaro arī saules starojumu, un planētas ar blīvu atmosfēru izkliedēti atstaro debess ķermeņus bez atmosfēras – saskaņā ar īpašu likumu, bet planētas ar retinātu atmosfēru, piemēram, Marss – pavisam savādāk.

Veidojot kosmosa kuģi, jāņem vērā ne tikai ierīces un telpas “attiecības”, bet arī visi iekšējie instrumenti un ierīces, kā arī satelītu orientācija attiecībā pret starojuma avotiem. Lai nodrošinātu, ka daži nesasilda citus, bet citi nesasalst un darba temperatūra uz kuģa tiek uzturēta, tiek izstrādāta atsevišķa servisa sistēma. To sauc par "Siltuma vadības sistēmu" vai SOTS. Tas var ietvert sildītājus un ledusskapjus, radiatorus un siltuma caurules, temperatūras sensorus un pat īpašus datorus. Var izmantot aktīvās vai pasīvās sistēmas, kad sildītāju lomu pilda darbības ierīces, un radiators ir ierīces korpuss. Šī vienkāršā un uzticamā sistēma tika izveidota privātajam Krievijas satelītam Dauria Aerospace.

Sarežģītākās aktīvās sistēmās tiek izmantotas cirkulējošas dzesēšanas šķidruma vai siltuma caurules, kas ir līdzīgas tām, kuras bieži izmanto siltuma pārnešanai no CPU uz datoru un klēpjdatoru radiatoru.

Atbilstība termiskajam režīmam bieži vien ir izšķirošs faktors ierīces darbībā. Piemēram, Lunokhod 2, kas bija jutīgs pret temperatūras izmaiņām, nomira, jo uz tā jumta bija kāda smieklīga sauja melna regolīta. Saules starojums, ko vairs neatspoguļoja siltumizolācija, izraisīja iekārtu pārkaršanu un “mēness traktora” atteici.

Kosmosa kuģu un kuģu izveidē termiskā režīma ievērošanu veic individuāli SOTP inženierzinātņu speciālisti. Viens no viņiem, Aleksandrs Šaenko no Dauria Aerospace, strādāja pie DX1 satelīta, un viņš palīdzēja šī materiāla tapšanā. Tagad Aleksandrs ir aizņemts