Какова типичная температура спутника, вращающегося вокруг Земли?

Краткий ответ :

Общая температура спутника вокруг Земли более или менее такая же, как и на земле из-за тепла Солнца и тепла систем.

Криогенное топливо должно храниться при очень низкой температуре, иначе оно испарится. Это неэффективно для спутника, который должен оставаться на орбите в течение многих лет (если только спутник не вращается вокруг Сатурна, где равновесная температура начинает быть очень низкой и ниже точки кипения).

Они должны храниться в тяжелых резервуарах, чтобы избежать деформации, вызванной давлением газа.

Хранимые топлива более просты в использовании и надежны в случае, если система охлаждения временно неэффективна.

Подробнее:

Чем ближе космический корабль к Солнцу, тем жарче он может стать.

Температура черного тела в зависимости от его расстояния от Солнца (без учета альбедо планеты)
(источник: Справочник по тепловому контролю космического корабля , Дэвид Г. Гилмор и др.)

Без защиты атмосферы это действительно будет проблемой, космический корабль должен излучать полученное тепло, в дополнение к излучению любого тепла, производимого бортовым оборудованием.

Температура внутри космического корабля является результатом двух противоположных эффектов:

• улавливание теплового излучения (альбедо Солнца и планет) и производство собственного тепла
• внутренний отбор и отвод тепла излучением (терморегулированием).

(Источник: Термоконтроль космического корабля ). Обратите внимание, что энергия, получаемая от планеты, находящейся на орбите, будет варьироваться в зависимости от высоты (например, ГСО и НОО), здесь для упрощения этим можно пренебречь. Такие эффекты, как солнечное затмение и вращение спутника, усложнят регулирование, но здесь они также будут проигнорированы.

Результат зависит от того, сколько тепла улавливается или производится, а также от того, насколько эффективен отбор тепла (путем теплопроводности) и отвод тепла. Полученная температура должна находиться в диапазоне, требуемом бортовыми системами: например, датчиками, солнечными батареями и коммуникационным оборудованием. На самом деле разные участки космического корабля могут иметь разную температуру.

(источник: Основы космических систем , Винсент Л. Писакейн)

Какой бы ни была эта температура, ее необходимо регулировать.

• Если есть какие-то проблемы с системой охлаждения, любой обычный ЖРД закипит. Часть газа необходимо выпустить в вакуум, чтобы избежать разрушения бака. Это похоже на то, что происходит на площадке, пока транспортное средство ожидает своего запуска, но нет возможности пополнить бак.

Внешний бак STS с испарением газообразного кислорода под шапкой-бини.
(источник: НАСА )

LH2 имеет температуру кипения -183°C, это действительно криогенное топливо. Гидразин (НДМГ) кипит только при 63°С. Его можно хранить при температуре Земли.

• Больше LH2 будет выпущено в случае временного сбоя охлаждения. Резервуар должен быть более прочным, чтобы выдерживать большее давление, возникающее в результате испарения. Прочность обычно означает дополнительную массу. По этим причинам для управления ориентацией и перезарядки используется хранимое топливо.

Кроме того, может потребоваться окисление топлива для производства энергии. Существует два типа окисления: либо спонтанное — гиперголическое — как для НДМГ с N2O4, либо требующее воспламенителя, как для LH2 с LO2.

• Негиперголическое сгорание добавляет сложности, двигатель требуется для смешивания топлива и окислителя и воспламенения смеси. Это проблема, когда двигатель должен запускаться много раз во время миссии, чтобы сохранить положение и/или высоту. Случались бы отказы, по этой причине для спутников используются только гиперголы.

• Некоторым порохам не требуется дополнительный окислитель для высвобождения энергии. Они называются монотопливами и работают путем экзотермического химического разложения.

В конце концов топливо выбрасывается через двигатели.

Монотопливный двигатель - Источник: Moog )

Существует два типа питания подруливающих устройств: давление в баке и насосы.

• Давление в баке - единственная система, используемая для управления орбитой / ориентацией спутников. Насосы слишком сложные и тяжелые для такого использования.

Бак-дозатор с гидразином, возвращенный отправителю (источник: Daily Mail Online )

Конструкторы обычно выбирают средство движения, которое можно хранить, гиперголично и может работать без насосов. Учитывая, что топливо должно быть эффективным ( удельный импульс ), на спутниках часто встречаются комбинации:

• Гидразин (монотопливо)
• НДМГ/N2O4 ( несимметричный диметилгидразин )
• МОН-3/ММХ ( монометилгидразин )
• Азот (холодный газ)
• Гелий (холодный газ)

Использовать:

• Битопливы чаще всего используются на космических кораблях с геоорбитальной орбитой, они используются для перевода с орбиты запуска на геостационарную.

• Монотопливные системы более просты, но менее мощны.

• Холодный газ еще более прост, но очень менее силен.