热开关装置延长月球车在恶劣月球气候下的使用寿命

宇航员驾驶车辆在月球表面飞行不仅要面对零重力和坠入陨石坑的危险，还要面对极端温度波动的问题。月球环境温度在 127°C (260°F) 的高温和 -173°C (-280°F) 的低温之间波动。

未来的月球探测任务将需要能够在这些恶劣条件下运行的可靠机器。这促使日本名古屋大学的一个团队发明了一种热开关装置，有望延长月球车的使用寿命。他们的研究是与日本宇宙航空研究开发机构合作进行的，发表在《应用热工程》杂志上。

“能够在白天散热和夜间隔热之间切换的热开关技术对于长期月球探测至关重要，”首席研究员西川原昌人说。“白天，月球车处于活动状态，电子设备会产生热量。由于太空中没有空气，电子设备产生的热量必须主动冷却和消散。另一方面，在极冷的夜晚，电子设备必须与外界环境隔离，以免它们变得太冷。”

目前的设备往往依靠连接到环路热管的加热器或被动阀门来实现夜间隔热。然而，加热器价格昂贵，而被动阀门会增加流体流速，导致压力下降，进而影响传热效率。

西川原团队开发的技术提供了一种折中方案。与被动阀门相比，该技术的压力下降幅度更小，功耗也比加热器更低，因此，它能够在夜间保留热量，同时又不影响白天的制冷性能。

该团队开发的热控装置将环路热管 (LHP) 与电流体动力 (EHD) 泵结合在一起。白天，EHD 泵处于非活动状态，使 LHP 照常运行。在月球车中，LHP 使用在蒸汽和液体状态之间循环的制冷剂。

当设备加热时，蒸发器中的液体制冷剂会蒸发，通过火星车的散热器释放热量。然后蒸汽凝结成液体，液体返回蒸发器再次吸收热量。该循环由蒸发器中的毛细力驱动，因此非常节能。

夜间，EHD 泵施加与 LHP 流相反的压力，停止制冷剂的流动。电子设备完全与寒冷的夜间环境隔绝，用电量极少。

该团队的研究包括EHD泵的电极形状选择、装置设计、性能评估，以及使用EHD泵停止LHP运行的实证试验。结果表明，夜间的耗电量几乎为零。

“这种突破性的方法不仅确保了月球车在极端温度下的生存，而且还最大限度地减少了能源消耗，这在资源受限的月球环境中是一个关键的考虑因素，”西川原说。“它为未来月球任务的潜在整合奠定了基础，有助于实现持续的月球探索努力。”

这项技术的意义不仅限于月球车，还可用于航天器热管理的更广泛应用。将 EHD 技术集成到热流体控制系统中可以提高传热效率并减轻操作挑战。未来，这可能在太空探索中发挥重要作用。

这种热开关装置的开发是长期月球任务和其他太空探索任务技术开发的一个重要里程碑。这意味着，未来月球车和其他航天器应该能够更好地在太空的极端环境下运行。