Инженеры из исследовательского центра корпорации Toyota разработали надувной радиатор, способный самостоятельно регулировать теплоотдачу. Новая технология предназначена прежде всего для лунных и космических миссий, где в условиях вакуума задача отвода тепла – одна из самых сложных.
Все космические аппараты и станции нуждаются в радиаторах – панелях, сбрасывающих избыточное тепло в открытый космос. Однако чем выше тепловая нагрузка, тем больше должна быть площадь таких панелей, а значит – масса, объем при запуске и механическая сложность. Традиционные системы требуют насосов, приводов и управляющей электроники, что делает их тяжелыми и уязвимыми к сбоям.
Команда из Toyota Central R&D Labs создала радиатор, который буквально «дышит» теплом, а именно автоматически меняет свою площадь – раскрывается при нагреве и сворачивается при охлаждении. Это полностью пассивная система, которой не нужны ни питание, ни клапаны, ни датчики.
Устройство состоит из трех элементов: гибкой оболочки из фторированного этиленпропилена (FEP), металлического теплообменника, частично заполненного водой, и постоянной силовой пружины. Пленка FEP герметична, выдерживает вакуум, устойчива к ультрафиолету и микрометеоритам. Она почти не поглощает солнечный свет (коэффициент α = 0,09) и при этом хорошо излучает тепло (ε = 0,75). Из нее изготовлен цилиндр диаметром 6 см и длиной около 85 см, спаянный по швам для полной герметичности. Пружина, закрепленная на конце оболочки, обеспечивает обратное сворачивание – подобно детской дудочке, которая разворачивается при выдохе и сама возвращается обратно.
Принцип работы прост и изящен. Когда радиатор нагревается, часть воды в теплообменнике испаряется, давление пара растет – и оболочка надувается, увеличивая площадь теплоизлучения. Когда температура падает, пар конденсируется, давление снижается – и пружина автоматически сворачивает оболочку. Таким образом радиатор сам регулирует теплоотдачу: чем выше температура, тем больше излучающая поверхность, и наоборот.
Тепло передается внутри системы естественным образом – по принципу термосифона. Пар переносит энергию от теплообменника к наружной пленке, конденсируется, и капли жидкости под действием силы тяжести стекают обратно вниз. Цикл полностью замыкается без насосов и внешнего управления.
Проведенные в вакуумной камере испытания подтвердили эффективность системы. Радиатор раскрывался при температуре около 34 °C и сворачивался при 22 °C. При этом его теплоотдача увеличивалась с 26 до 40 Вт – почти на 50 %.
Расчеты показали, что на Луне, где температура космического фона близка к абсолютному нулю, устройство сможет рассеивать до 253 Вт тепла на квадратный метр, что составляет 86% от теоретического предела. При этом радиатор достаточно жесткий, чтобы держать форму даже в земной гравитации, а на Луне, где сила тяжести в шесть раз меньше, он сможет работать и вовсе без опор.
