Warum verwendet das Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) auf der ISS Kohlendioxid als Kühlmittel?

Die Astronauten von Spaceflight Now schließen Reparaturen am Detektor für kosmische Strahlung der Raumstation ab sagt:

Ursprünglich für einen Betrieb von nur drei Jahren ausgelegt, hat das AMS acht Betriebsjahre zurückgelegt, bevor es durch den sequentiellen Ausfall von vier Kohlendioxid-Kühlmittelpumpen außer Gefecht gesetzt wurde . Das Kühlmittelsystem ermöglicht es den AMS-Detektoren, die erforderliche Empfindlichkeit zu erreichen.

Um das System zu reparieren und die Lebensdauer des Instruments bis zum Ende des Stationsprogramms zu verlängern, entwickelten die Ingenieure einen Plan für vier Weltraumspaziergänge, um ein speziell angefertigtes 350-Pfund-Modul mit vier Pumpen und einem Reservoir mit frischem Kohlendioxid-Kühlmittel zu installieren .

Das AMS wurde nicht für die Wartung im Weltraum entwickelt, was die Arbeit besonders herausfordernd macht. Aber während der letzten Weltraumspaziergänge am 15., 22. und 2. Dezember öffneten Morgan und Parmitano das AMS, entfernten die Isolierung, schnitten acht Kühlmittelleitungen ab, installierten das neue Pumpenmodul und spleißten oder „stauchten“ die Kühlmittelleitungen wieder an ihren Platz.

Sehen Sie sich auch an, wie Astronauten einen Marathon mit 4 Weltraumspaziergängen absolvieren, um den 2-Milliarden-Dollar-Antimaterie-Detektor der Raumstation zu reparieren

Fragen:

  1. Wird das Kohlendioxid zum Kühlen von Detektoren oder des supraleitenden Magneten oder von beidem oder von keinem verwendet?
  2. Sind diese Pumpen Gaskompressoren oder fließt tatsächlich flüssiges CO2?
  3. Warum Kohlendioxid? Das klingt für mich etwas exotisch. Freon oder Ammoniak können zum allgemeinen Kühlen und Kühlen verwendet werden, und flüssiges Helium wird normalerweise für supraleitende Magnete verwendet.

Ausgeschnitten aus Funktionsweise des Antimaterie-Jagd-Alpha-Magnetspektrometers (Infografik)

Funktionsweise des Antimaterie-Jagd-Alpha-Magnetspektrometers (Infografik)

Antworten (2)

1) Es gibt keinen supraleitenden Magneten in AMS-2. Dies hätte eine Kühlung mit flüssigem Helium erfordert, was aufgrund des Verdampfens von Helium zu einer begrenzten Lebensdauer von nur 3 Jahren geführt hätte. Stattdessen verwendeten sie einen normalen Magneten aus seltenen Erden. Es hat eine geringere Feldstärke und ist schwerer, benötigt aber weder Strom noch Kühlung. Die Kühlung in AMS-2 dient nur der Elektronik und den Detektoren. Sie alle benötigen keine besonderen Temperaturen und arbeiten normalerweise etwas unter Raumtemperatur. Es ist wahrscheinlich, dass ein solches Instrument auf der Erde nur mit Luftkühlung betrieben werden könnte.

2) Die CO2-Kühlung für AMS-2 ist ein Zweiphasensystem – flüssiges CO2 wird in den Detektor gepumpt, verdampft beim Aufheizen und transportiert die Wärme zu den Radiatoren.

3) CO2 ist ein bekanntes Kühlmittel, das in den allerersten Kühlgeräten verwendet wurde. Es wurde lange Zeit nicht in großem Umfang verwendet, aber da viele der traditionellen synthetischen Kühlmittel heutzutage auslaufen, wurde es zu einer vielversprechenden Wahl für alternative Kühlmittel. Der große Vorteil von CO2 besteht darin, dass es eines der wenigen verfügbaren ungiftigen Kältemittel ist.

An vielen Stellen sorgt CO2 für eine effizientere und kompaktere Kühlung im Vergleich zu zB Ammoniak. Ein Nachteil ist, dass es mit hohem Druck betrieben werden muss (CO2 wird unter 5 bar Druck nicht flüssig, 30 und mehr bar sind üblich). Andererseits ist die Wärmetransportfähigkeit hoch und die Viskosität niedrig, was zu einer geringen Größe führt.

Es gibt eine Veröffentlichung aus dem Jahr 2002, in der einige der Vorteile der Verwendung von CO2 als Kühlmittel detailliert beschrieben werden: Machbarkeitsdemonstration eines mechanisch gepumpten zweiphasigen CO2-Kühlkreislaufs für das AMS-2-Tracker-Experiment

Danke für die ausführliche Erklärung! Ich habe noch nie davon gehört, wenn "CO2 ein sehr verbreitetes Kühlmittel ist", könnten Sie ein oder zwei der häufigsten Beispiele nennen? Ich nehme an, Sie meinen nicht, dass CO2-Feuerlöscher, obwohl sie durch das Löschen eines Feuers die Dinge kühler machen.
„Gemeinsam“ nicht in dem Sinne, dass es überall verwendet wird, sondern „gemeinsam“ wie in „bekannt“, „weitgehend erforscht“. Es wird zB zur umweltfreundlichen Kühlung in Lagern eingesetzt und von mehreren Automobilherstellern für den Einsatz in Klimaanlagen untersucht.
und so ist es ... cool! (Wortspiel beabsichtigt) 1 , 2 , 3 , 4
Gute Antwort! Der letzte Link hat bei mir allerdings nicht funktioniert.
@OrganicMarble: Entschuldigung, behoben.

Ergänzende Antwort auf diese ausgezeichnete, weil a) ich Schaltpläne mag und b) vor einiger Zeit eine Reihe von Informationen heruntergeladen habe, in Erwartung von AMS EVA-Fragen, die noch nicht gestellt wurden.

Das Kühlsystem:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Erläuterung des CO2-Kühlkreislaufs:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aus AMS02 TRACKER THERMAL CONTROL SYSTEM ÜBERSICHT UND SPIN-OFF FÜR ZUKÜNFTIGE ENTWICKLUNGEN VON KÜHLSYSTEMEN FÜR RAUMFAHRZEUGE

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