У жаркі літні днісаме час поговорити про спеку і холод космосу. Завдяки науково-фантастичним фільмам, науково і не дуже науково-популярним передачам, у багатьох закріпилося переконання, що космос - це неймовірно холодне місце, в якому найголовніше: знайти як зігрітися. Але насправді все набагато складніше.

Щоб розібратися тепло чи холодно в космосі, треба спочатку повернутися до аз фізики. Отже, що таке тепло? Поняття температури застосовується до молекул речовини, які перебувають у постійному русі. При отриманні додаткової енергії молекули починають рухатися активніше, а при втраті енергії - повільніше.

З цього факту випливає три висновки:
1) у вакууму температури немає;
2) у вакуумі є лише один спосіб теплопередачі – випромінювання;
3) об'єкт у космосі, фактично групу рухомих молекул, можна охолодити, якщо забезпечити контакт з групою повільно рухомих молекул або нагріти, забезпечивши контакт з групою, що швидко рухається.

Перший принцип використовується в термосі, де вакуумні стінки утримують температуру гарячого чаю та кави. Так само перевозять скраплений природний газ у танкерах. Другий принцип визначає так звані умови зовнішнього теплообміну, тобто взаємодія Сонця (і інших джерел випромінювання) і космічного апарату. Третій принцип використовується під час проектування внутрішньої конструкції космічних апаратів.

Коли говорять про температуру космосу, то можуть мати на увазі дві різні температури: температуру розсіяного в просторі газу або температуру тіла, що знаходиться в космосі. Як усі знають, у космосі вакуум, але це не зовсім так. Майже весь простір там, принаймні всередині галактик, наповнений газом, просто він настільки сильно розріджений, що не має майже ніякого теплового впливу на тіло, що вміщене в нього.

У розрідженому космічному газі молекули зустрічаються вкрай рідко, і їх вплив на макро тіла, такі як супутники чи космонавти, незначно. Такий газ може бути розігрітий до екстремальних температур, але через рідкість молекул космічні мандрівники його не відчують. Тобто. для більшості звичайних космічних апаратіві кораблів дуже важливо яка температура у міжпланетного і міжзоряного середовища: хоч 3 Кельвіна, хоч 10000 градусів Цельсія.

Важливо інше: що собою являє наше космічне тіло, який воно температури, і які джерела випромінювання є поблизу.

Головне джерело теплового випромінювання в нашій Сонячної системи– це Сонце. І Земля досить близько до нього, тому на навколоземних орбітах дуже важливо налаштувати «взаємини» космічного апарату та Сонця.

Найчастіше рукотворні об'єкти в космосі намагаються укутати в багатошарову ковдру, яка не дає теплу супутника йти в космос і не дозволяє променям Сонця підсмажувати ніжні начинки апарату. Багатошарова ковдра називається ЕВТІ - екранно-вакуумна теплоізоляція, "золота фольга", яка насправді не золота і не фольга, а покрита спеціальним сплавом полімерна плівка, схожа на ту, в яку загортають квіти.

Втім, у деяких випадках і в деяких виробників, ЕВТІ не схожа на фольгу, але виконує ту ж функцію, що ізолює.

Іноді деякі поверхні супутника спеціально залишають відкритими для того, щоб вони поглинали сонячне випромінювання, або відводили в космос тепло зсередини. Зазвичай у першому випадку поверхні покривають чорною емаллю, що сильно поглинає випромінювання Сонця, і погано випромінює своє власне, а в другому – білою емаллю, що погано поглинає і добре вивчає.

Трапляються випадки, коли на борту космічного апарату прилади повинні працювати за дуже низької температури. Наприклад, обсерваторії «Міліметрон» та JWST спостерігатимуть теплове випромінювання Всесвіту і для цього і дзеркалам їх бортових телескопів, і приймачам випромінювання потрібно бути дуже холодними. На JWST головне дзеркало планується охолоджувати до – 173 градусів Цельсія, а на «Міліметроні» – ще нижче, до – 269 градусів Цельсія. Для того, щоб Сонце не нагрівало космічні обсерваторії, вони покриваються так званим радіаційним екраном: своєрідною багатошаровою сонячною парасолькою, схожою на ЕВТІ.

До речі, якраз для таких «холодних» супутників важливим стає невелике нагрівання від розрідженого космічного газу і навіть від фотонів реліктового випромінювання, що заповнюють весь Всесвіт. Почасти тому, що "Міліметрон", що JWST відправляють подалі від теплої Землі до точки Лагранжа, за 1,5 млн км. Окрім сонячних парасольок на цих наукових супутниках буде складна система з радіаторами та багатоступінчастими холодильниками.

На інших менш складних апаратах скидання тепла в космосі теж здійснюється через випромінювання з радіаторів. Зазвичай їх і покривають білою емаллю і намагаються розмістити або перпендикулярно сонячному світлу, або тіні. На метеосупутнику "Електро-Л" потрібно охолодити матрицю інфрачервоного сканера до -60 градусів Цельсія. Це було досягнуто за допомогою радіатора, який постійно тримали в тіні, а кожні півроку супутник розгортали на 180 градусів, щоб нахил земної осі не призводив до потрапляння радіатора під сонячні промені. У дні рівнодення супутник доводилося тримати трохи під кутом, через що на знімках з'являлися артефакти біля полюсів Землі.

Перегрів є одним із перешкод у створенні космічного апарату з потужним ядерним джерелом енергії. Електрика на борту виходить із теплоти з ККД набагато менше 100%, тому надлишок тепла доводиться скидати в космос. Традиційні радіатори, які використовуються зараз, були б занадто великими і важкими, тому зараз у нашій країні проводяться роботи зі створення крапельних холодильників-випромінювачів, в яких теплоносій у вигляді крапельок пролітає через відкритий космос і віддає йому тепло вивченням.

Головне джерело випромінювання у Сонячній системі – це Сонце, але планети, їх супутники, комети та астероїди, роблять свій вагомий внесок у тепловий стан космічного апарату, що пролітає біля них. Всі ці небесні тіла мають свою температуру і є джерелами теплового випромінювання, яке, до того ж, взаємодіє із зовнішніми поверхнями апарата інакше, ніж «гаряче» випромінювання Сонця. Адже планети ще й відбивають сонячне випромінювання, причому планети із щільною атмосферою відбивають дифузно, безатмосферні небесні тіла – за особливим законом, а планети з розрідженою атмосферою типу Марса – зовсім інакше.

При створенні космічних апаратів потрібно враховувати не лише «взаємини» апарату та космосу, але й усіх приладів та пристроїв усередині, а також і орієнтацію супутників щодо джерел випромінювання. Для того, щоб одні не нагрівали інших, а треті не замерзали, і щоб підтримувалася робоча температура на борту, розробляється окрема службова система. Вона називається "Система забезпечення теплового режиму" або СОТР. До неї можуть входити нагрівачі та холодильники, радіатори та тепловоди, датчики температури і навіть спеціальні комп'ютери. Можуть використовуватися активні системи або пасивні, коли роль обігрівачів виконують прилади, що працюють, а радіатора - корпус апарату. Саме така проста та надійна система створена для приватного російського супутника «Даурії Аероспейс».

Більш складні активні системи задіють циркулюючий теплоносій або теплові труби, подібні до тих, що часто використовуються для відведення тепла від центрального процесора до радіатора в комп'ютерах і ноутбуках.

Дотримання теплового режиму найчастіше виявляється вирішальним фактором працездатності апарату. Наприклад, чуйний до перепадів температури «Місячник-2» загинув через якусь сміховинну жменю чорного реголіту на своєму даху. Сонячне випромінювання, яке вже не відбивалося теплоізоляцією, призвело до перегріву обладнання та виходу з ладу «місячного трактора».

У створенні космічних апаратів та кораблів, дотриманням теплового режиму займаються окремі інженерні фахівці з СОТР. Один із них – Олександр Шаєнко з «Даурії Аероспейс», займався супутником DX1, і він допоміг у створенні цього матеріалу. Зараз Олександр зайнявся читанням лекцій про космонавтику та створенням власного супутника, який послужить популяризації космосу, ставши найяскравішим об'єктом у небі після Сонця та Місяця.

> Як холодно у космосі?

Яка температура в відкритому космосіна орбіті?Дізнайтеся, як холодно в космічному просторі, температура вакууму, абсолютний нуль, значення в тіні.

Якби ми мали можливість подорожувати між зірками і проходити крізь міжгалактичний простір, то довелося б опинитися в досить морозних місцях. Так що не забудьте покласти кілька светрів, бо буде холодно. Але наскільки холодно у просторі та яка температура у космосі?

Ну, на відміну від вашого будинку, машини та басейну, у вакуумі немає температури. Тому поставлене питання, насправді, звучить досить безглуздо. Тільки якщо ви самі опинилися в просторі, можете визначити, яка температура у відкритому космосі за бортом корабля.

Існує три способи передачі тепла: провідність, конвекція та випромінювання. Нагрійте один бік металевої труби, і температура передасться другий (провідність). Циркулярне повітря здатне переносити нагрівання з одного боку приміщення до іншого (конвекція). Але у вакуумі спрацьовує лише останній метод.

Об'єкт поглинає фотони енергії та нагрівається. Одночасно з цим фотони виробляють випромінювання. Нагрів відбувається, якщо об'єкт більше поглинає, ніж випромінює. Інакше він буде остигати.

Існує риса, коли ви не зможете отримати більше енергії від об'єкта. Це мінімально можлива температура, яка дорівнює абсолютному нулю. Але і тут є один цікавий момент – вам ніколи не дістатися цієї позначки.

Давайте відвідаємо Міжнародну космічну станцію з її температурою у космосі на орбіті. Неізольований метал при постійному потоці сонячного світла нагрівається до 260°C. Це неймовірно небезпечно для космонавтів, котрі ще й змушені виходити у відкритий космос. Тому доводиться наносити захисне покриття. А ось у тіні об'єкт остигає до - 100°C.

Космонавти можуть відчувати різкі перепади температури залежно від того, якою стороною повернені до Сонця. Звичайно, це компенсується скафандрами із системами нагрівання та охолодження.

Ходімо ще далі. Чим сильніше ви віддаляєтеся від , тим температура в космосі стає нижчою. Поверхнева температура Плутона досягає -240 ° C (на 33 градуси вище абсолютного нуля). Температура газу та пилу між зірками – на 10-20 градусів вище за абсолютного нуля.

Якщо ви забралися максимально далеко, то отримаєте температуру 2.7 Кельвінів (-270.45°C). Це вже температура реліктового випромінювання, що пронизує весь Всесвіт. Тому так, в космосі страшенно холодно!

Можливо, один із найстаріших і найпоширеніших міфів про космос звучить так: у безповітряному просторі космосу будь-яка людина вибухне без спеціального скафандра. Логіка в тому, що оскільки там немає ніякого тиску, ми б роздулися і луснули, як повітряна кулька, яку надули надто сильно. Можливо, вас здивує, але люди набагато міцніші, ніж повітряні кульки. Ми не лопаємося, коли нам роблять укол, не лопнемо і в космосі – наші тіла не по зубах вакууму. Роздуємося небагато, це факт. Але наші кістки, шкіра та інші органи досить стійкі, щоб пережити це, якщо хтось не активно їх розриватиме. Насправді деякі люди вже переживали умови надзвичайно низького тиску, працюючи в ході космічних місій. У 1966 році одна людина тестувала скафандр і раптово зазнала декомпресії на 36 500 метрів. Він знепритомнів, але не вибухнув. Навіть вижив та повністю відновився.

Люди замерзають

Ця помилка часто використовується. Хто з вас не бачив, як хтось опиниться за бортом космічного корабля без костюма? Він швидко замерзає, і якщо його не повернути назад, перетворюється на бурульку і спливає геть. Насправді відбувається прямо протилежне. Ви не замерзнете, якщо потрапите до космосу, ви, навпаки, перегрієтесь. Вода над джерелом тепла нагріватиметься, підніматиметься, остигатиме і знову по новій. Але в космосі немає нічого, що могло б прийняти тепло води, а отже, остигання до температури замерзання неможливо. Ваше тіло працюватиме, виробляючи тепло. Правда, на той час, коли вам стане нестерпно спекотно, ви вже будете мертві.

Кров кипить

Цей міф не має нічого спільного з тим, що ваше тіло перегріється, якщо ви опинитеся у безповітряному просторі. Натомість він безпосередньо пов'язаний з тим, що будь-яка рідина має прямий зв'язок із тиском навколишнього середовища. Чим вищий тиск, тим вища точка кипіння, і навпаки. Тому що рідини легше перейти у форму газу. Люди з логікою можуть здогадатися, що в космосі, де немає тиску взагалі, рідина кипітиме, а кров - теж рідина. Лінія Армстронга проходить там, де атмосферний тиск настільки низький, що рідина кипітиме при кімнатній температурі. Проблема в тому, що якщо рідина кипітиме в космосі, кров – ні. Кипітимуть інші рідини на кшталт слини в роті. Та людина, яку декомпресувала на 36 500 метрах, говорила, що слина «зварила» його мову. Кипіння таке буде схоже на висушування феном. Однак кров, на відміну від слини, знаходиться в закритій системі, і ваші вени утримуватимуть її під тиском у рідкому стані. Навіть якщо ви будете в повному вакуумі, той факт, що кров замкнута в системі, означає, що вона не перетвориться на газ і не випарується додому.

Сонце - те, з чого починається вивчення космосу. Це велика вогненна куля, навколо якої звертаються всі планети, яка знаходиться досить далеко, але гріє нас і при цьому не спалює. Зважаючи на те, що ми не могли б існувати без сонячного світла та тепла, можна вважати дивовижною велику оману про Сонце: що воно горить. Якщо ви колись обпалювали себе полум'ям, вітаємо, на вас потрапило більше вогню, ніж могло дати вам Сонце. Насправді Сонце - це велика куля газу, яка випромінює світло і теплову енергію в процесі ядерного синтезу, коли два атоми водню утворюють атом гелію. Сонце дає світло та тепло, але звичайного вогню не дає взагалі. Це просто велике і тепле світло.

Чорні дірки - це вирви

Є ще одна поширена помилка, яку можна списати на зображення чорних дірок у кіно та мультфільмах. Зрозуміло, «невидимі» за своєю суттю, але для аудиторії начебто нас з вами їх малюють схожими на зловісні вири долі. Їх зображують двовимірними вирвами з виходом тільки на одній стороні. Насправді чорна діра - це сфера. У неї немає однієї сторони, яка засмоктить вас, швидше вона схожа на планету з гігантською гравітацією. Якщо ви підійдете до неї надто близько з будь-якої сторони, тоді вас поглине.

Повторний вхід до атмосфери

Всі ми бачили, як космічні кораблі здійснюють повторний вхід до атмосфери Землі (так званий re-entering). Це серйозне випробування для судна; як правило, його поверхня сильно розігрівається. Багато хто з нас думає, що це через тертя між кораблем і атмосферою, і в цьому поясненні є сенс: як би корабель був оточений нічим, і раптом починає тертися про атмосферу з гігантською швидкістю. Зрозуміло, все розжарюватиметься. Що ж, правда в тому, що тертю приділяється менше відсотка тепла під час повторного входу. Основна причина нагріву – компресія, або стиск. Коли корабель мчить назад до Землі, повітря, яким він проходить, стискається і оточує корабель. Це називається головною ударною хвилею. Повітря, яке стикається з головою корабля, штовхає його. Швидкість того, що відбувається, призводить до того, що повітря нагрівається, не маючи часу на декомпресію або охолодження. Хоча частина тепла абсорбується тепловим щитом, гарні картинкиповторного входу в атмосферу створює повітря навколо апарату.

Хвости комет

Уявіть комету на секунду. Швидше за все, ви уявите шматок льоду, що мчить крізь космічний простір з хвостом зі світла або вогню позаду. Можливо, вам буде сюрпризом, що напрямок хвоста комети не має нічого спільного з напрямком, в якому рухається комета. Справа в тому, що хвіст комети не є результатом тертя чи руйнування тіла. Сонячний вітер нагріває комету і призводить до танення льоду, тому частки льоду та піску летять у протилежному вітрі напрямку. Тому хвіст комети не обов'язково тягтиметься за нею шлейфом, проте завжди буде спрямований у бік від сонця.

Після зниження Плутона по службі, Меркурій став найменшою планетою. Також це найближча до Сонця планета, тому цілком природно було б припустити, що це найгарячіша планета нашої системи. Коротше, Меркурій - страшенно холодна планета. По-перше, у гарячій точці Меркурія температура становить 427 градусів за Цельсієм. Навіть якби на всій планеті зберігалася така температура, все одно Меркурій був би холоднішим за Венеру (460 градусів). Причина того, що Венера, яка майже на 50 мільйонів кілометрів далі від Сонця, ніж Меркурій, тепліша, криється в атмосфері з вуглекислого газу. Меркурій похвалитися не може нічим.

Інша причина пов'язана з його орбітою та обертанням. Повний оберт навколо Сонця Меркурій здійснює за 88 земних днів, а повний оберт навколо своєї осі - на 58 земних днів. Ніч на планеті триває 58 днів, що дає достатньо часу, щоб температура впала до -173 градусів за Цельсієм.

Зонди

Всі знають, що марсохід «К'юріосіті» в даний момент займається важливою. дослідною роботоюна Марсі. Але люди забули про багато інших зондів, які ми розсилали протягом багатьох років. Марсохід «Опортьюніті» приземлився на Марсі в 2003 році з метою провести місію протягом 90 днів. Через 10 років він все ще працює. Багато людей думають, що ми ніколи не відправляли зонди на планети, крім Марса. Так, ми відправили багато супутників на орбіту, але посадити щось на іншу планету? Між 1970 та 1984 роками СРСР успішно посадив вісім зондів на поверхні Венери. Щоправда, всі вони згоріли завдяки недружній атмосфері планети. Найстійкіший венерохід прожив близько двох годин, набагато довше, ніж очікувалося.

Якщо ми поїдемо трохи далі в космос, ми досягнемо Юпітера. Для Ровер Юпітер - це ще більш складна мета, ніж Марс або Венера, оскільки складається майже повністю з газу, на якому їздити не можна. Але це не зупинило вчених, і вони відправили туди зонд. У 1989 році космічний апарат «Галілео» вирушив вивчати Юпітер та його супутники, чим і займався наступні 14 років. Він також скинув зонд на Юпітер, а той надіслав інформацію про склад планети. Хоча на шляху до Юпітера знаходиться й інший корабель, та, найперша інформація, має неоціненне значення, оскільки на той момент зонд «Галілео» був єдиним зондом, що занурився в атмосферу Юпітера.

Стан невагомості

Цей міф здається настільки очевидним, що багато людей ніяк не хочуть переконувати себе. Супутники, космічні апарати, астронавти та інше не відчувають невагомості. Справжньої невагомості, або мікрогравітації, не існує і ніхто її не відчував ніколи. Більшість людей перебувають під враженням: як же так, астронавти та кораблі плавають, оскільки знаходяться далеко від Землі і не зазнають дії її гравітаційного тяжіння. Насправді гравітація дозволяє їм плавати. Під час обльоту Землі або будь-якого іншого небесного тіла, що має значну гравітацію, об'єкт падає. Але оскільки Земля постійно рухається, ці об'єкти не врізаються до неї.

Гравітація Землі намагається затягнути корабель свою поверхню, але рух триває, тому об'єкт продовжує падати. Це вічне падіння і призводить до ілюзії невагомості. Астронавти всередині корабля теж падають, але здається, ніби вони плавають. Такий же стан можна випробувати в ліфті або літаку. І ви можете випробувати в літаку, що вільно падає на висоті 9000 метрів.

Незважаючи на всі поширені міфи, космос насправді не холодний і гарячий. Лише матерія може мати ці властивості, а космос - відсутність матерії. Наука стверджує, що тепло – це міра молекулярної активності. Оскільки в космосі дуже мало атомів чи молекул, він є практично ідеальним вакуумом.

Астронавт Базз Олдрін (архів НАСА)

Тільки наявність чи віддаленість джерел тепла визначають температури кипіння чи замерзання і, відповідно, людські відчуття – холодно зараз чи жарко. Саме від цього так важливе питання терморегуляції та капсули космічного корабля, що живеться, і тим більше скафандра. Адже якщо судити з рапортів астронавтів і представлених ними кіно- і фотоматеріалів, у скафандрах їм проходило проводити годинник (а то й по 10-12 годин) у відкритому космосі (тобто або під Сонцем, що спалює, або в його льодовитій тіні), і скафандр був для них і єдиним укриттям, і мало не рідним домом.

І ось коли і в 1969 році, і в наступні три роки американські астронавти бадьоро застрибали по місячній поверхні, всі, звичайно, звернули увагу на рюкзачки за спиною. Трудящі всієї планети з безперечною повагою дивилися на цей шедевр передової американської технології. Адже цей універсальний рюкзачок забезпечував астронавту все життєво необхідне. Оскільки космос «холодний», як усі тоді вважали, рюкзак мав забезпечувати достатнє обігрів. А ще нормальний тиск, подачу кисню, видалення надлишку вологи і т. д. Потім, правда, згадали, що Місяць вдень гарячий окроп (Сонце нагріває його поверхню до 120 ° С), і астронавт швидше потребує систем охолодження. Але це викликало ще більшу повагу до американських технологій: які чудові системи забезпечення вони зробили - і від спеки рятують, і від холоду!

Знімок Місяця (архів wordpress.com)

Коротко ця система і рюкзак, що містить її, названі ПСЖО - Портативна система життєзабезпечення (PLSS - Portable Life Support System). Готова до використання ПСЖО важить 38 кг на Землі і трохи більше 6 кг на Місяці, має 66 см завдовжки, 46 см завширшки і 25 см завтовшки. Загальний обсяг рюкзака, таким чином, становить 0,66 х 0,46 х 0,25 = 0,076 куб. м. NASA стверджувало, що ПСЖО надавало астронавту повне життєзабезпечення на кілька годин. Там були: балон з киснем, вуглекислотний нейтралізатор, апарат для відведення вологи, ємність з водою для охолодження, ще одна ємність з відпрацьованою водою для викиду, теплообмінник, система датчиків для контролю життєвих функцій організму, потужна рація для передачі сигналу на Землю, 4 літри води. І, на додачу до всього, батареї достатньої ємності для живлення всього обладнання в цьому рюкзачку.

Дотепники, щоправда, відзначають аналогію системи з дихалом китів і кашалотів: ті, повертаючись з океанічних безоднів на поверхню, з потужним фонтаном повинні викидати відпрацьоване повітря та пару. А космонавти - ще й інші продукти життєдіяльності. Т. е. по Місяцю вони повинні були розгулювати в ореолі або фонтанів пари, або дрібного крижаного кришу вивергаються зі скафандрів поту, сечі та інших природних викидів організму. Ну гаразд, припустимо, що ці знімки НАСА не стали публікувати з етичних міркувань.

Але як це все робилося з технічного погляду? НАСА стверджує, що астронавти носили комбінезони, в які були вшиті тонкі пластикові трубки з водою, з'єднані з водяним бачком: «Застосовувалася більш ефективна система охолодження, що використовує білизну, що охолоджується водою, в яку були вшиті тонкі пластикові трубки»

Базз Олдрін (архів НАСА)

Гаряче повітря в скафандрах, створюване метаболічними процесами організму астронавта, мабуть, відводилося за допомогою цієї системи в теплообмінник ПСЖО. Коли скафандр починав накопичувати зайве тепло, астронавт натискав кнопку, приводячи в дію механізм викиду відпрацьованої води з випускного отвору теплообмінника. «Вода вивергалася зі скафандра, перетворювалася на лід і розпорошувалась у просторі», - свідчать астронавти.

Єдина перевага пластика - його гнучкість. У всьому іншому пластик – це найгірший вибір для системи охолодження, оскільки він є гарним утеплювачем. Система могла б працювати тільки за достатньої кількості води в ПСЖО. А яка кількість води потрібна, щоб виконати поставлене завдання? Площа поверхні астронавта становить приблизно 0,75 кв. м. Використовуючи коефіцієнт випромінювання 0,2, ми знаходимо сонячне випромінювання, що поглинається: 1353 Вт / m² × 0.2 × 0,75 m² = 203 Вт.

Прихильники офіційної версії НАСА стверджують: «ПСЖО було сконструйовано так, щоб відводити метаболічне тепло, що виділяється астронавтом, у ритмі 1600 британських теплових одиниць (БТЕ) на годину». Оскільки 1 БТЕ за годину заокруглено дорівнює 0,293 Вт, ми отримуємо 469 Вт. Це треба приплюсувати до теплового випромінювання Сонця: 203+469=672 Вт.

Тепер необхідно обчислити тепло, що випромінюється тіньовою стороною скафандра. Але спочатку нам доведеться зробити певні припущення щодо температури повітря та скафандра. Що температура, то легше охолоджувачу працювати.

Припустимо, температура скафандрів була +38°С, т. е. +311°К. Тепер ми можемо застосувати формулу Стефана Больцмана. Для цього перевернемо вихідне рівняння:

Таким чином, округливши результат, ми отримуємо випромінювання 80 Вт. Віднімаємо його з 672 і отримуємо 592 Вт. Щоб округлити, додамо 8 Вт на різні теплові випромінювання від рацій, водяного насоса і т.д. Разом 600 Вт. В одному ваті – 860 калорій. Взявши до уваги крайній випадок (роботу зі 100% ефективністю), необхідно робити достатню кількість льоду, здатне витримати 516 000 кал на годину. За 4 години набігає 2064000 калорій.

Щоб зменшити температуру 1 г води на 1°С, потрібна втрата 1 калорія тепла. Для формування льоду 1 г води має втратити ще 80 калорій. Таким чином, падіння температури з +38°С до точки замерзання (0°С) тягне за собою передачу 38 калорій плюс ще 80 калорій для замерзання - всього 118 калорій на кожен грам, викинутий через випускний отвір. Якщо розділити 2064000 калорій на 118, то виходить 17491 г, які треба випустити. Це 17,5 л, або 0,0175 куб. м, тобто майже чверть обсягу ПСЖО. Ця кількість води важить на Землі 17,5 кг, що становить 46% ваги рюкзака!

Давайте тепер подивимось на речі реально. Використовуючи ефективність 40% (це досить високий показник для більшості механізмів), ми отримаємо набагато більш вражаючі цифри, що говорять про те, що ПСЖО елементарно не вмістила б навіть охолодний агрегат! Але в рюкзаку ще знаходяться балон з киснем, вуглекислотний нейтралізатор, апарат для відведення вологи, ємність з водою для охолодження, ємність з відпрацьованою водою, теплообмінник, система датчиків, рація, потужні батареї! Вам не здається, що сконструювати такі рюкзачки під силу лише чарівнику?

Але продовжимо для охолодження. Якщо ми розділимо 17491 г води на 240 хвилин, виходить, що за хвилину з випускного отвору треба було викидати приблизно 70 г води, що вилітає зі скафандра у вигляді «замороженої пари». Останній вираз звучить приблизно як «смажена крига», але фахівці з НАСА, схоже, звикли до парадоксів.

Втім, усе це має значення, оскільки теоретичні викладки суперечать реальним фактам. Згідно з офіційно опублікованою схемою ПСЖО у розрізі, на ній контейнер для води має всього 7,6 см у діаметрі та 35,5 см у довжину. Відповідно обсяг цього контейнера дорівнює 1600 куб. див (1,6 л). Цієї води вистачило б лише на 25-30 хвилин за неможливої 100% ефективності! Але НАСА розповідало нам про 4 години! Можливо, винайдений новий спосібконцентрування води? З усіх досягнень космічної ери це було б найдивовижнішим!

Деталь знімка із зображенням скафандра Майкла Коллінза (архів НАСА)

Якщо дивитися на речі реально, то наші космічні герої мали носити з собою парасольку від сонця. Захист від прямого сонячного світла позбавив би їх багатьох проблем з перегріванням, принаймні, поки вони скакали по Місяцю.

Але навіть якби вони, стрибаючи, прикривалися парасолькою, то чому нічим не були прикриті місячні модулі? Вони годинами стояли під палючим Сонцем. Уявіть собі ваш автомобіль, який простояв минулого літа кілька годин на сонці! Напевно, довго не зможете забути відчуттів під час посадки в нього, правда ж? Але астронавти чомусь раптом заявляють, що в місячних модулях на них чекала холодига.

Базз Олдрін писав, що в ЛЕМі було так холодно, що йому довелося зменшити кондиціонер у скафандрі. З іншого боку, Коллінз мовив: «Відведені їм 2,5 години пролетіли дуже швидко, після чого вони видерлися назад у місячний модуль, зачинили двері та закачали повітря в салон». Це дуже дивно, оскільки кондиціонер скафандра (якщо він взагалі існував!) не міг працювати за умов нормального тиску всередині ЛЕМу. Він був здатний функціонувати лише у вакуумі! Закрадаються сумніви: ці два астронавти літали на один і той самий Місяць?

21 серпня 2014 року о 12:30

Про космічне тепло і холод

Блог компанії Даурія Аероспейс

У спекотні літні дні саме час поговорити про спеку і холод космосу. Завдяки науково-фантастичним фільмам, науково- та не дуже науково-популярним передачам, у багатьох закріпилося переконання, що космос – це неймовірно холодне місце, в якому найголовніше – знайти як зігрітися. Але насправді все набагато складніше.

Фотокосмонавта Павла Виноградова

Щоб розібратися тепло чи холодно в космосі, треба спочатку повернутися до аз фізики. Отже, що таке тепло? Поняття температури застосовується до тіл, чиї молекули перебувають у постійному русі. При отриманні додаткової енергії молекули починають рухатися активніше, а при втраті енергії - повільніше.

У розрідженому космічному газі молекули зустрічаються вкрай рідко, і їх вплив на макро тіла, такі як супутники чи космонавти, незначно. Такий газ може бути розігрітий до екстремальних температур, але через рідкість молекул космічні мандрівники його не відчують. Тобто. більшість простих космічних апаратів і кораблів дуже важливо яка температура у міжпланетної і міжзоряної середовища: хоч 3 Кельвіна, хоч 10000 градусів Цельсія.

Головне джерело теплового випромінювання у нашій Сонячній системі – це Сонце. І Земля досить близько до нього, тому на навколоземних орбітах дуже важливо налаштувати «взаємини» космічного апарату та Сонця.

Втім, у деяких випадках і в деяких виробників, ЕВТІ не схожа на фольгу, але виконує ту ж функцію, що ізолює.

Іноді деякі поверхні супутника спеціально залишають відкритими для того, щоб вони поглинали сонячне випромінювання, або відводили в космос тепло зсередини. Зазвичай у першому випадку поверхні покривають чорною емаллю, що сильно поглинає випромінювання Сонця, а в другому – білою емаллю, що добре відбиває промені.

На інших менш складних апаратах скидання тепла в космосі теж здійснюється через випромінювання з радіаторів. Зазвичай їх і покривають білою емаллю і намагаються розмістити або паралельно сонячному світлу, або в тіні. На метеосупутнику Електро-Лпотрібно було охолодити матрицю інфрачервоного сканера до -60 градусів Цельсія. Це було досягнуто за допомогою радіатора, який постійно тримали в тіні, а кожні півроку супутник розвертали на 180 градусів, щоб нахил земної осі не приводив до попадання радіатора під сонячні промені. супутник доводилося тримати трохи під кутом, через що на знімках з'являлися артефакти біля полюсів Землі.