¿Cuáles son los desafíos técnicos en la construcción de un rover Titán que no necesita calefacción?

Creo que deberíamos dividir esto en dos partes: operación a baja temperatura e impacto de un rover "caliente" en el medio ambiente.

La mayoría de los componentes electrónicos basados ​​en semiconductores, tal como los tenemos hoy, no tienen un problema inherente al operar a temperaturas muy bajas. Las características de, por ejemplo, diodos y transistores dependen mucho de la temperatura, que juega un papel importante en todos los circuitos analógicos (por ejemplo, sensores) y menos en los circuitos digitales (procesadores, memorias). No podemos asumir llevar circuitos convencionales a Titán y operarlos allí sin problemas, tenemos que diseñarlos específicamente para bajas temperaturas. En general, esto no es demasiado complicado, se reduce principalmente a seleccionar los componentes correctos y definir correctamente cosas como los puntos de trabajo y la ganancia de los transistores. Esto se puede probar y verificar en la Tierra sin demasiadas dificultades.

Un problema importante es el estrés mecánico debido a las enormes diferencias de temperatura que pueden dañar los componentes y las uniones de soldadura si no se hace correctamente. Nuevamente, esto se puede mitigar sin demasiado esfuerzo y un diseño bien hecho.

Donde nos encontramos con problemas reales son todos los componentes químicos como las baterías. Los procesos químicos tienden a ralentizarse mucho a bajas temperaturas, por lo que la mayoría de las baterías no funcionarán bien a temperaturas moderadamente frías. Uno podría pensar en reemplazar las baterías por capacitores. Pero desafortunadamente, los capacitores de alta capacidad dependen de fluidos electrolíticos y tampoco pueden soportar temperaturas demasiado bajas. Todavía existe la posibilidad de no usar baterías en absoluto: en los rovers actuales, se necesitan para poder entregar suficiente energía durante el funcionamiento de dispositivos de alta potencia, mientras que el generador de energía solo está diseñado para entregar suficiente energía para el consumo promedio. Esto ahorra mucho peso en el lado del generador.

La única fuente de energía viable para un rover de este tipo es alguna forma de fuente de energía nuclear (actualmente, lo más probable es que sea RTG, pero un reactor de fisión o fusión puede ser una opción posible en el futuro). Si la fuente del generador está diseñada para poder hacer frente al uso máximo de energía del rover, ya no hay necesidad de baterías. La penalización de peso será alta, pero es una solución que funciona.

Estas fuentes de energía tienen la ventaja adicional de generar una gran cantidad de calor directo que se puede usar para mantener caliente al rover. Es obvio que para operar a temperaturas muy bajas, el aislamiento debe ser mucho más fuerte en comparación con los rovers de Marte actuales, y debe haber (por ejemplo) lugares de almacenamiento con calefacción para equipos sensibles.

En comparación con la declaración en la respuesta, no veo un problema real de operar partes del rover a temperaturas de al menos 100 K por encima del ambiente (es decir, -50 ° C en un entorno de -150 ° C). El aislamiento es algo que funciona muy bien y no hay razón para suponer que alguna de las partes expuestas del rover estará cerca de esta temperatura interna. A modo de comparación, las personas se mueven regularmente a temperaturas ambiente de más de 60 K por debajo de su temperatura corporal y pueden soportar esto durante horas con una potencia de calentamiento de aproximadamente 100 W.

El enfriamiento debido a la transferencia de calor a la atmósfera en Titán no es mucho mayor que en la Tierra: la presión atmosférica es 1,5 veces mayor, la densidad es aproximadamente 2,5 veces mayor, la capacidad calorífica es un poco menor, eso es aproximadamente un factor 4 bajo viento fuerte. Si no hay viento, solo la convección jugará un papel, pero esto es menor que en la Tierra debido a la gravedad mucho más baja.

Titán tiene una atmósfera muy densa, es excepcionalmente frío, la diferencia es que se mantiene frío. El hecho es que incluso en el frío del espacio, la electrónica necesita algo de enfriamiento para evitar sufrir daños térmicos. Por lo general, utilizan una fuente térmica en forma de RTG o fuente de calor radiactivo para proporcionar algo de calentamiento. Suponiendo que su fuente de alimentación proporcionaría calor, mientras que la temperatura ambiente sería un refrigerante ideal. La espesa atmósfera nebulosa de los titanes y la distancia del sol hacen que la energía solar sea poco práctica.