Könnte ein Lüfter verwendet werden, um eine Überhitzung einer zur Venus gebundenen Raumsonde zu verhindern?

Ventilatoren funktionieren, indem sie kühle Luft (oder eine andere Flüssigkeit) über eine warme Oberfläche bewegen. Wenn es keine Luft gibt, wie im Weltraum, nützt ein Ventilator nichts. Das Kühlen von Dingen im Weltraum ist aus diesem Grund tatsächlich etwas schwierig - Objekte auf der Erde neigen dazu, den größten Teil ihrer Wärme durch Leitung oder Konvektion zu verlieren, aber im Vakuum des Weltraums können Sie nur Wärme abstrahlen, bei der ein Lüfter nicht hilft .

Die Venus hat eine Atmosphäre, daher wäre ein Ventilator für die Raumsonde auf der Oberfläche des Planeten nicht von Natur aus funktionsunfähig. Aber da die Luft auf der Venus zu jeder Zeit mehrere hundert Grad Celsius hat, werden Sie nicht viel Glück haben, die Elektronik mit dem Luftstrom zu kühlen - bei diesem Temperaturextrem wird Ihre Elektronik wahrscheinlich die Luft kühlen und nicht umgekehrt. Wenn Ihre Elektronik normalerweise heißer als die Oberfläche der Venus wird, würde ein Lüfter helfen, sie zu kühlen, aber das wäre eine absurd hohe normale Betriebstemperatur - wenn Ihre Elektronik das bereits überstehen kann, müssen Sie wahrscheinlich nicht kühlen sie an erster Stelle.

Insgesamt gesehen sind Ventilatoren keine nützliche Methode, um die Elektronik einer Raumsonde zu kühlen, es sei denn, Sie befinden sich an einem Ort mit kalter Atmosphäre (wie auf dem Mars) oder bringen Ihr eigenes Wärmeaustauschgas in das Vakuum des Weltraums (siehe Werden Ventilatoren jemals verwendet ? unbemanntes Raumschiff? ).

Die Wirkung eines Lüfters in einem elektronischen Gerät besteht darin, den Temperaturaustausch zwischen Kreisläufen und Atmosphäre zu beschleunigen.

Aber dieser Temperaturaustausch funktioniert in beide Richtungen. Wenn die Atmosphäre noch heißer ist als die Elektronik, die Sie ihr aussetzen, wird das Teil durch Verbesserung der Strömung mit einem Lüfter noch heißer. Das ist übrigens das Prinzip eines Heißluftofens oder eines Heißluftföns.

Das Hinzufügen von Lüftern zu einer Sonde, die in der 450 °C warmen Atmosphäre der Venus unter 100 °C bleiben soll, wäre also eher kontraproduktiv.

Wie bereits erwähnt, kann ein Kühlgebläse die Temperatur nicht unter die Umgebungstemperatur senken. Das bedeutet nicht, dass es in diesem Fall völlig nutzlos ist.

Zuerst sagte OP "Venus gebunden". In diesem Fall könnte ein Ventilator verwendet werden, um Wärme von sonnenzugewandten Abschnitten zu beschatteten Abschnitten oder noch besser zu strahlenden Kühlkörpern auf der beschatteten Seite zu übertragen.

Selbst auf dem Planeten könnte es verwendet werden, um Luft zu verteilen, die von einem zentralisierten Kühlsystem gekühlt wird (das wahrscheinlich aktiv sein müsste, da die meisten Elektronikgeräte auf Silizium basieren und nicht gut über 150 ° C laufen).

Wenn Hochtemperaturschaltkreise verwendet werden, die bei etwa 500 °C betrieben werden können, würde ein Lüfter immer noch dazu beitragen, die von Hochleistungsgeräten erzeugte Wärme zu verteilen.

Der Wärmeaustausch erfolgt über drei Mechanismen:

• Konvektion (Wärmeübertragung in Gasen und Flüssigkeiten)
• Wärmeleitung (Wärmeübertragung zwischen sich berührenden festen Gegenständen)
• Strahlung (Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung)

In Gegenwart einer Atmosphäre ist die Übertragung über Konvektion normalerweise am effizientesten, gefolgt von Leitung. Strahlung ist – bei weitem – die schwächste Form der Wärmeübertragung.

Auf dem Weg zur Venus befindet sich die Sonde im Weltraum und somit ist die stärkste Form der Wärmeübertragung nicht verfügbar. Es gibt keine Atmosphäre, mit der man Wärme von oder zu übertragen könnte. Dies hinterlässt Leitung und Strahlung. Wärme wandert durch die Sonde durch Leitung. Die Elektronik beheizt die Sonde. Aber normalerweise reicht die Wärmeleitung nicht aus, um die gesamte Sonde gleichmäßig zu erwärmen, sie hat immer noch heißere und kältere Teile. Die überschüssige Wärme wird durch Strahlung abgegeben, normalerweise mit speziellen Geräten, die treffend Radiatoren genannt werden (die sehr wie Sonnenkollektoren aussehen).

Aber je näher Sie der Sonne kommen, desto mehr Wärme wird von der Sonde absorbiert, während es schwieriger wird, sie abzustrahlen. Die Gleichgewichtstemperatur steigt und die Sonde wird heißer.

Sobald Sie in die venusianische Atmosphäre eintreten, wird Konvektion als Methode der Wärmeübertragung verfügbar und ein Ventilator wird anwendbar. Die atmosphärische Temperatur an der Oberfläche der Venus beträgt jedoch bis zu 470° C. Die Wärmeübertragung funktioniert in beide Richtungen, wenn Sie heiße Luft (oder Gase oder Flüssigkeiten) über eine kalte Oberfläche blasen, wird die kalte Oberfläche wärmer (heiße Luft darüber blasen). Eis schmilzt schneller).

Im Grunde würde ein Lüfter also nur den Untergang der Sonde beschleunigen, da die heiße, saure venusische Luft ihre Wärme effizient an die Elektronik übertragen kann.

Um Wärme abzuführen, benötigen Sie etwas Kälteres, auf das Sie Wärme übertragen können . Im Weltraum gibt es keine Materie, auf die Sie Wärme übertragen könnten, daher ist Strahlung die einzige Option. Deshalb hat die ISS einen so großen Kühler - er soll überschüssige Wärme abgeben.

In der venusischen Atmosphäre haben Sie Materie für die Wärmeübertragung. Aber diese Materie ist bereits viel heißer als die Betriebstemperatur der Sonde, daher würden Sie normalerweise versuchen, die Wärmeübertragung zu minimieren , damit die Sonde länger kühl bleibt und eine längere Arbeitszeit hat.

Beachten Sie, dass Fans nur für einen Menschen kalt sind . Ein Ventilator auf Ihrem Schreibtisch kühlt eigentlich nichts. Ein Ventilator auf Ihrem Schreibtisch bläst trockene Luft mit Zimmertemperatur über Ihre Haut. Der Schweiß auf Ihrer Haut verdunstet besser, da die Feuchtigkeit im Luftstrom abtransportiert wird. Es ist der Verdunstungsprozess, der die Temperatur lokal senkt, da Wasser Energie benötigt, um von flüssig zu gasförmig zu werden – diese Energie kommt in Form von Wärme, die von Ihrer Haut entfernt wird, wodurch sie sich kälter anfühlt.

Sie können jedoch intern einen Lüfter verwenden, zB um Gase oder Flüssigkeiten innerhalb des Raumfahrzeugs zirkulieren zu lassen, um Wärme innerhalb des Raumfahrzeugs zu verteilen, zB von einem kalten Lager zu wärmeren Abschnitten wie dem Rumpf. In diesem Fall dient der Lüfter jedoch nicht der Kühlung, sondern der Zirkulation (vgl. Werden Lüfter jemals in unbemannten Raumfahrzeugen verwendet? ). Aber man kann das Raumschiff per se mit dieser Technik nicht kälter machen , außer wenn man Wärme auf diese Weise auf einen Radiator überträgt, wo sie dann durch Wärmestrahlung abgeführt wird.

Beachten Sie, dass in jedem geschlossenen System ein Lüfter zwangsläufig nur Wärme hinzufügt , weil er funktioniert - der Motor muss sich drehen, mit allem, was dazu gehört.

Mit Hilfe der thermoelektrischen Kühlboxen wie diesen ist es möglich mit einem Ventilator unter Umgebungstemperatur zu kühlen .

Auf der anderen Seite unterstützen Geräte unter dem Link nur etwa 70 Grad Temperaturunterschied, so dass fünf für die Venus kaskadiert werden müssen, wobei insgesamt 150 W verbraucht werden, was für ein batteriebetriebenes Raumschiff sehr anspruchsvoll ist. Auch die äußeren Geräte sind nicht vor der Venushitze geschützt und müssen ihr standhalten können.