Электроника и механические компоненты работают в вакууме или требуют герметичной контролируемой атмосферы?

Вообще говоря, все «герметичные» контейнеры в той или иной степени протекают. На Земле это проявляется как неспособность бесконечно поддерживать вакуум; в космосе это проявляется как неспособность бесконечно поддерживать атмосферу без источника восполняющих газов (которые сами со временем будут вытекать, так что вы на самом деле только оттягиваете неизбежное). Если бы вы поместили идеальный датчик давления в любой из них, его значение постепенно приблизилось бы к значению окружающей среды за пределами сосуда высокого давления. Интенсивность утечки можно сделать достаточно малой, чтобы считать ее незначительной или, по крайней мере, несущественной во время предполагаемой основной миссии космического корабля, но она все равно будет отличной от нуля.

Как следствие, для космических аппаратов, предназначенных для работы в космосе в течение многих лет или десятилетий, имеет смысл свести к минимуму количество частей, которые должны работать в атмосфере. Минимизируя объем сосуда под давлением (и давление) при одинаковой массе, можно уменьшить скорость утечки. Окончательное уменьшение объема сосуда под давлением полностью удаляет сосуд под давлением, оставляя все открытым для космического вакуума.

Таким образом, все, что на самом деле не должно работать в атмосфере, будет одобрено для работы в вакууме и, вероятно, подвергается воздействию вакуума просто потому, что это упрощает работу. Следствием этого являются трудности с избавлением от отработанного тепла; в вакууме вы не можете просто запустить охлаждающий вентилятор и покончить с этим!

Что касается ваших конкретных примеров:

магнитофон "Вояджер" или "Галилео", работающий в вакууме без ужасных проблем с залипанием

Я действительно не понимаю, как это следует, даже если обычное оборудование, используемое на земле, будет иметь эти проблемы (я не уверен, что это данность). Материалы могут быть выбраны так, чтобы они обладали желаемыми свойствами в вакууме; это не похоже на то, что космический корабль волей-неволей собирают из готовых деталей, не задумываясь о том, как он будет вести себя в естественной среде космического корабля.

HDD вообще не работали

Жесткие диски на самом деле не подходят для космических кораблей в первую очередь из-за вибраций, особенно во время запуска, и их зависимости от сложных движущихся частей. Можно сделать жесткий диск, который не зависит от турбулентности воздуха, чтобы удерживать головку чтения/записи на нужной высоте над пластиной, но это не решает ни одной из других проблем, которые могут возникнуть у жестких дисков в космическом полете.

множество приборов, которые совершенно надежно работают в земной атмосфере и вдруг оказываются в вакууме

В космическом корабле нет ничего неожиданного. Разработка и запуск достаточно большого и сложного космического корабля легко обходится от сотен миллионов до миллиардов долларов. Учитывая такие базовые затраты, надбавка в несколько миллионов за вакуумные детали и надежные испытания легко оправдана, если это означает разницу между космическим кораблем , возможно , успешно выполнившим свою основную миссию, или тем, что он, скорее всего , успешно завершит свою основную миссию.

Во всяком случае, я подозреваю, что разработчикам космических кораблей, которым нужно работать как в атмосфере , так и в космическом вакууме, это сложнее.

У большинства современных космических аппаратов электроника работает в вакууме, по крайней мере, у большинства из них. В частности, вещи с движущимися частями, такие как Reaction Wheels, могут потребовать некоторой атмосферы. Эти маленькие компоненты являются единственными компонентами, которые запечатаны, все остальные открыты для космического вакуума. Самые ранние космические корабли не были спроектированы как таковые.

На самом деле я не могу найти, какие компоненты "Вояджера" запечатаны под вакуумом, но если они и есть, то их немного.

Они проводят вакуумные испытания на Земле, чтобы убедиться в отсутствии проблем. Это часто называют тестом T-VAC или термальным вакуумом, когда они вакуумируют камеру от всего воздуха и испытывают космический корабль с различными тепловыми циклами.

Механические подшипники — проблема в космическом вакууме. Смазка испарится. Если трением удалить тонкие оксидные слои с поверхности металлических деталей, возможна холодная сварка этих деталей.

Это немного по касательной, но пилотируемый космический корабль «Восход» имел герметичную камеру электроники. В нем использовались вакуумные трубки, и они охлаждались обдуваемым воздухом. Я предполагаю, что этот воздух, должно быть, также прошел через радиатор или что-то в этом роде. Не знаю, как это сработало.

Ценю все обсуждения по этому поводу. Чтобы попытаться обобщить:

1. Современная электроника предназначена для работы в вакууме. Все еще возможны ситуации, когда желательно герметизировать электронику, чтобы уменьшить выделение газа, которое может повлиять на некоторые чувствительные датчики. Я предполагаю, что космические телескопы могут захотеть запечатать свою электронику - хотя, возможно, с небольшим дыхательным клапаном, лабиринтом и фильтром.

2. Что касается подшипников, похоже, существуют масла и смазки, предназначенные для использования в условиях открытого вакуума в разумном диапазоне температур. Как правило, герметизация узла, такого как реактивное колесо, кажется хорошей идеей для ограничения испарения смазки. Зачем нужно вводить в установку какой-либо газ, непонятно. Есть несколько комментариев по адресу: https://www.grc.nasa.gov/WWW/spacemech/vol1.html , в которых говорится, например, что «Nye 179 считался лучшим выбором для этого приложения. Его характеристики в вакууме были намного лучше, чем у что SRG-40, и его характеристики в гелии были лучшими из всех испытанных масел.[Kalegoras] Использование кислорода в качестве компонента наполняющего газа реактивных колес было признано ненужным и, как правило, вредным для срока службы подшипника смазка. [Калегорас]"

3. Одна вещь, которую я определенно обнаружил, это то, что магнитофоны всегда запечатаны. Над этим было проделано много работы. Лента требует контролируемой влажности в диапазоне 30-50%. Ниже этого диапазона возникают электростатические разряды и головной убор. Выше этого диапазона гидролиз пластикового связующего приводит к образованию липких отложений и «коричневых пятен» на голове. Магнитофон Galileo герметизирован в атмосфере азота/гелия с соответствующей влажностью. Есть отличная подробная статья: М. Джонсон, Г. Леванас, "The Galileo Tape Recorder Operation Anomaly", Публикация конференции NASA 3350, стр. 231-248, 31-й симпозиум по аэрокосмическим механизмам, Хантсвилл, Алабама, 14-16 мая, 1997 г. http://hdl.handle.net/2060/19970021613

Использование сосуда под давлением для электроники редко. Я знаю лишь несколько космических аппаратов, которые это сделали: « Спутник-1 », луноходы и станции «Венера».