Le nouveau dispositif de commutation thermique de l'Université de Nagoya permet aux rovers lunaires de gérer efficacement les conditions thermiques extrêmes sur la Lune, améliorant ainsi leur durée de vie opérationnelle et réduisant leur consommation d'énergie. Crédits : Shinichiro Kinoshita, Masahito Nishikawara
Une équipe de Université de Nagoya a inventé un dispositif de commutation thermique pour les rovers lunaires afin de résister aux températures extrêmes de la Lune. La technologie optimise le contrôle thermique, en alternant refroidissement et isolation, facilitant ainsi les missions plus longues avec moins d'énergie.
Les astronautes naviguant sur le terrain lunaire à bord d'un véhicule sont confrontés non seulement aux dangers de l'apesanteur et aux chutes potentielles de cratères, mais également à des variations de température drastiques. Le climat de la Lune va de températures maximales torrides de 127°C (260°F) à des températures glaciales de -173°C (-280°F).
Une équipe de l'Université de Nagoya au Japon a développé un dispositif de commutation thermique conçu pour améliorer la durabilité des rovers lunaires. Leur recherche collaborative avec l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale a été présentée dans la revue Applied Thermal Engineering.
Les futures missions lunaires auront besoin de machines fiables, capables de fonctionner dans ces conditions difficiles. Consciente de la nécessité de disposer de machines robustes pour l'exploration future de la Lune, une équipe de l'Université de Nagoya au Japon a inventé un dispositif de commutation thermique qui promet de prolonger la durée de vie opérationnelle des véhicules lunaires. Leur étude, menée en collaboration avec l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale, a été publiée dans la revue Génie thermique appliqué.
Technologie Heat-Switch : une solution pour les conditions lunaires
« La technologie de commutation thermique, capable de basculer entre la dissipation thermique diurne et l'isolation nocturne, est essentielle pour l'exploration lunaire à long terme », a déclaré le chercheur principal Masahito Nishikawara. « Pendant la journée, le rover lunaire est actif et les équipements électroniques génèrent de la chaleur. Puisqu’il n’y a pas d’air dans l’espace, la chaleur générée par l’électronique doit être activement refroidie et dissipée. En revanche, pendant les nuits extrêmement froides, les appareils électroniques doivent être isolés de l'environnement extérieur afin qu'ils ne deviennent pas trop froids.
Les appareils actuels ont tendance à s'appuyer sur des radiateurs ou des vannes passives fixées à des caloducs en boucle pour l'isolation nocturne. Cependant, les appareils de chauffage sont coûteux et les vannes passives peuvent augmenter la vitesse d’écoulement du fluide, entraînant une chute de pression susceptible d’affecter l’efficacité du transfert de chaleur. La technologie développée par l’équipe de Nishikawara offre un juste milieu. Avec une chute de pression inférieure à celle des vannes passives et une consommation d'énergie inférieure à celle des radiateurs, elle retient la chaleur la nuit sans compromettre les performances de refroidissement pendant la journée.
Mécanique opérationnelle et efficacité énergétique
Le dispositif de contrôle thermique développé par l'équipe combine un caloduc en boucle (LHP) avec une pompe électrohydrodynamique (EHD). Pendant la journée, la pompe EHD est inactive, permettant au LHP de fonctionner comme d'habitude. Dans les rovers lunaires, le LHP utilise un réfrigérant qui alterne entre l’état vapeur et l’état liquide. Lorsque l'appareil chauffe, le réfrigérant liquide présent dans l'évaporateur se vaporise, libérant de la chaleur à travers le radiateur du rover. La vapeur se condense ensuite en liquide, qui retourne à l'évaporateur pour absorber à nouveau la chaleur. Ce cycle est entraîné par les forces capillaires dans l’évaporateur, ce qui le rend économe en énergie.
La nuit, la pompe EHD applique une pression opposée au débit LHP, arrêtant le mouvement du réfrigérant. L'électronique est complètement isolée de l'environnement nocturne froid avec une consommation d'électricité minimale. Les recherches de l'équipe comprenaient la sélection de la forme de l'électrode de la pompe EHD, la conception du dispositif, l'évaluation des performances et un test de démonstration pour arrêter le fonctionnement du LHP avec la pompe EHD. Les résultats ont montré que la consommation électrique la nuit était presque nulle.
Impact et applications futures de la technologie
« Cette approche révolutionnaire garantit non seulement la survie du rover à des températures extrêmes, mais minimise également la dépense énergétique, un facteur essentiel dans un environnement lunaire aux ressources limitées », a déclaré Nishikawara. « Il jette les bases d'une intégration potentielle dans les futures missions lunaires, contribuant ainsi à la réalisation d'efforts soutenus d'exploration lunaire. »
Les implications de cette technologie s’étendent au-delà des rovers lunaires et s’étendent à des applications plus larges dans la gestion thermique des engins spatiaux. L'intégration de la technologie EHD dans les systèmes de contrôle des fluides thermiques pourrait améliorer l'efficacité du transfert de chaleur et atténuer les défis opérationnels. À l’avenir, cela pourrait jouer un rôle important dans l’exploration spatiale.
Le développement de ce dispositif de commutation thermique marque une étape importante dans le développement de technologies destinées aux missions lunaires à long terme et à d’autres projets d’exploration spatiale. Tout cela signifie qu’à l’avenir, les rovers lunaires et autres engins spatiaux devraient être mieux équipés pour opérer dans les environnements extrêmes de l’espace.
