Ahora que Perseverance está "caliente" (RTG en su lugar) y antes de que llegue al espacio profundo, ¿cómo se mantendrá fresco?

Tan pronto como se ensamblan, los MMRTG producen continuamente alrededor de 2000 vatios de energía térmica . Eso baja solo un poco cuando están conectados a una carga y producen energía eléctrica (alrededor de 125 vatios inicialmente).

En el espacio profundo y en Marte, parte del calor del MMRTG de Curiosity fue/es eliminado por el fluido circulante para evitar que las cosas se sobrecalienten durante el tránsito y para mantenerse caliente durante las noches marcianas en la superficie.

Space.com's Going nuclear: Perseverance Mars rover de la NASA obtiene su fuente de energía para el lanzamiento del 30 de julio explica que Perseverance ahora está "caliente" en más de un sentido; ahora emite aproximadamente 2000 vatios de calor de forma continua y tiene un suministro de electricidad (bastante) ininterrumpido.

Si bien el rover desnudo permanece en un laboratorio con aire acondicionado, esto no debería ser un problema debido a la convección a 1 bar, pero debe moverse de manera protegida y colocarse en su "concha" para el vuelo al espacio profundo y un carenado de carga útil para el lanzamiento.

(Acabo de preguntar ¿Cuál es el equivalente de "MSL" de Curiosity en el contexto de Perseverance? ¿Cuál es el nombre oficial de la misión? ¿Es similar la distinción? Porque no conozco un término mejor que "clamshell" en este momento. )

Pregunta(s): A partir de este momento, ¿cómo se elimina el calor?

Presumiblemente, cuando en el espacio profundo, los 2.000 vatios se irradian de manera bastante eficiente al espacio por algún radiador expuesto al "frío del espacio profundo", de modo que no tiene que calentarse demasiado para hacerlo. Pero una vez en su "concha", ¿qué tan caliente debe estar su radiador para irradiar contra las paredes de una habitación a 293 Kelvin en lugar del fondo cósmico de microondas de 2,7 Kelvin?


La "concha" de Curiosity de esta respuesta a ¿Dónde termina MSL y comienza Curiosity?

La "concha" de Curiosity de https://space.stackexchange.com/a/26507/12102

Para obtener más imágenes de "concha", consulte ¿ Por qué los RTG de sonda planetaria están inclinados en un ángulo alegre?


NASA https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA23305

ingrese la descripción de la imagen aquí

Si no te gusta "clam-", prueba con "aero-" mars.nasa.gov/mer/mission/spacecraft_edl_aeroshell.html
Cuando lanzaron naves espaciales con RTG fuera del transbordador, los sistemas de enfriamiento Orbiter se modificaron para agregar un circuito de enfriamiento para los RTG.
Parece que la gestión del calor también es la razón de la tortuosidad del RTG.

Respuestas (1)

2kW no es tanto en la Tierra

Ha mencionado la radiación y la convección en su respuesta (se olvidó de la conducción). Resulta que las propiedades de la atmósfera de la Tierra hacen que la conducción y la convección sean mucho mejores que la radiación para mover el calor.

Como ilustración, considere el tamaño de un radiador portátil lleno de aceite de 2kW: este enumera el tamaño como 620x150x520mm. Con nueve aletas, da un área total de transferencia de calor de 620x150x18 = 1,67 m². Sin ventiladores, lo más probable es que este radiador alcance un máximo de alrededor de 43-45 °C ( fuente ), ya que es menos probable que esta temperatura provoque quemaduras si se toca. Este es un cálculo aproximado, pero debe estar cerca.

Por lo tanto, si desea que su nave espacial se mantenga a menos de ~20 °C más caliente que el entorno local, solo necesita alrededor de 1,67 m² de superficie en la Tierra. Adivinando por la imagen, parece que Curiosity tiene aproximadamente 2x (500x2000 mm) = 2 m² de esa placa de radiador en la parte posterior. Si bien las capas posteriores de la carcasa pueden aumentar la resistencia térmica, tienen áreas de superficie mucho mayores, lo que hace que la caída de temperatura adicional sea inferior a los 20 °C anteriores. En esta página podemos ver que la concha de Curiosity tiene aproximadamente 4,5 m de diámetro, y la parte en la que se sienta Curiosity tiene aproximadamente 1,5 m de altura. Suponiendo un tronco, esto daría una superficie lateral de unos 20 m², mucho más grande que el radiador de Curiosity. Con esa superficie 10 veces mayor, podría esperar una diferencia de temperatura de quizás 1/10 o 2 °C.

Por lo tanto, para deshacerse de esos 2kW a una temperatura ambiente de 293K, uno esperaría que el radiador alcance alrededor de 315K, tal vez hasta 325K. Eso no debería ser un problema para el rover.

Esta es una respuesta basada en la física realmente interesante y bien razonada, ¡gracias! Me recuerda a una de mis primeras interacciones en Stack Exchange hace años :-)
Además de esta respuesta, los carenados de carga útil generalmente tienen aire acondicionado (o incluso gas de purga) bombeados continuamente hasta el momento del lanzamiento. Consulte, por ejemplo, los capítulos 6 y 7 de la Guía del usuario de Atlas: ulalaunch.com/docs/default-source/rockets/…
@Tristan Creo que hay espacio y tal vez incluso la necesidad de una respuesta que explique eso. Mencioné el carenado en la pregunta solo por esta razón.
@uhoh Eso es justo. Si alguien quiere armar uno usando el enlace que publiqué (o alguna otra fuente), lo votaré. Estoy demasiado agotado por varios eventos para armar una buena respuesta en este momento.
Acabo de ver "... el Rover rechazó la mayor parte de su propio calor a través de las placas frías del intercambiador de calor del Rover directamente a la carcasa trasera". en una cita en bloque en esta respuesta y creo que puede ser útil aquí.