Зависит ли система утилизации тепла (поглотителя) от того, является ли источник энергии ядерным или солнечным?

На этот вопрос очень сложно ответить, так как ответ гораздо больше зависит от задач и других параметров дизайна, чем от фактического дизайна.

Сначала я хочу обратиться к проблеме тепла: на самом деле солнечные батареи выделяют много тепла. По этой причине для спутников наблюдения обычно солнечные элементы находятся далеко от камеры. Но то же самое можно сказать и о ядерных силовых элементах. Также по этому вопросу я рассматриваю только силовые элементы, которые используют естественный ядерный распад (или радиоизотопный термоэлектрический генератор, РИТЭГ), а не ядерный реактор деления.

В космосе хорошо то, что любая энергия, которая не используется, каким-то образом становится теплом. Нет потерь из-за сопротивления или чего-то еще. Поэтому все это должно рассеиваться в виде тепла.

---

Теперь отработанное тепло происходит от нескольких различных КПД:

• Использование оборудования (создание крутящего момента/фотографирование/передача данных..) -$\eta_{equip}$
• Электрооборудование (аккумуляторы, проводка)$\eta_{e}$
• Эффективность источника питания$\eta_p$

Теперь, если мы хотим обеспечить такую ​​же чистую мощность$W_{net}$мы можем просто сравнить эффективность.

Эффективность оборудования
За исключением незначительных отклонений в геометрических ограничениях, эффективность спутников, работающих как на ядерной, так и на солнечной энергии, почти одинакова, поэтому ею можно пренебречь.

Эффективность электрооборудования
Где атомная энергетика всегда будет работать устойчиво. (Или, по крайней мере, почти, учитывая, что период полураспада плутония/урана довольно велик). Солнечную энергию на самом деле не так легко генерировать, солнечная радиация уменьшается пропорционально обратному квадрату расстояния от солнца. (Например, зонд «Розетта» был переведен в спящий режим на 31 месяц)
. А для небесных орбитальных спутников необходимо учитывать время, когда они находятся в тени планеты. - Кроме того, солнечные панели всегда довольно большие, и для подключения каждой отдельной ячейки требуется много проводов.

$\eta_{e,s} < \eta_{e,n}$Хотя, учитывая современные достижения в области накопления электроэнергии, это довольно мало.$\eta_{e} \approx 0.93-0.96$- Таким образом, от использования ядерной энергетической ячейки можно получить только процент или около того, но это полностью зависит от профиля миссии.

Энергетическая эффективность
Это, вероятно, самая большая потеря в космическом корабле и будет решающим фактором:

В двигателях РИТЭГ обычно естественный распад атомов нагревает другое твердое вещество. Этот вопрос использует электростатическое преобразование для создания энергии. Глядя на эффективность марсохода Curiosity$\eta_p = 125/2000 = 0.125$

Однако есть готовое к реализации предложение по использованию двигателя Стирлинга вместо электростатического преобразования. Затем нагретые пластины нагревают газ, который затем проходит через двигатель Стирлинга (называемый ASRG). Прогнозируемая НАСА эффективность достигает примерно 0,25.

Солнечные батареи также теряют много энергии. В основном это связано с шириной запрещенной зоны используемого полупроводника. (германий, кремний). Для простоты считайте, что никакое излучение не отражается.

По сути, когда фотон попадает в солнечный элемент, могут произойти 3 вещи:
у фотона меньше энергии, чем требуется электронам, чтобы перепрыгнуть через промежуток -> вся энергия фотона теряется и преобразуется в тепло.
Фотон имеет точно нужное количество энергии -> вся энергия фотона преобразуется в электрическую мощность Фотон имеет больше энергии, чем требуется для прыжка через пропасть -> используется часть энергии, необходимая для прыжка, остальная часть преобразуется в тепло.

Как вы можете видеть, эффективность зависит от типичного профиля длины волны, который вы ожидаете, а также от используемого материала (и в настоящее время набирают популярность многопереходные солнечные элементы с различной шириной запрещенной зоны). Типичные значения эффективности солнечных батарей составляют порядка 0,25 (многопереходные элементы еще мало используются в реальных приложениях для космоса).

---

Заключение
Итак, вывод, который более эффективен (и, следовательно, создает меньше отработанного тепла):

Для РИТЭГов мы обходим:

$$\eta_{t,n} = 0.98 \cdot 0.10 = 0.098$$ Для солнечной энергии мы обходим: $$\eta_{t,s} = 0.94 \cdot 0.25 = 0.235$$

Так что да, солнечные батареи производят намного меньше тепла. И только для управления теплом атомные энергетические элементы — плохая идея. Однако двигатели Стирлинга могут склонить чашу весов. (Хотя аналогичным образом многопереходные элементы также могут увеличить количество солнечных элементов).

Теперь что касается общей массы - это еще более широкая тема, которую я не буду здесь затрагивать, нужно учитывать, что вам также нужна минимальная мощность для работы, а наличие большего количества солнечных панелей также требует большей массы / все более сложных конструкций.