¿Qué tan fríos son los Voyagers ahora? ¿Más frío que LOX? ¿Más frío que SOX?

Los cálculos de primeros principios de las temperaturas de equilibrio de los objetos iluminados por el sol no son demasiado difíciles , SI tienen formas simples, no giran, y lo sabes muy bien .tanto las absortividades de longitud de onda visible y las emisividades IR de todos los materiales superficiales involucrados, como las conductividades térmicas de todos los materiales internos. Las Voyagers no giran, pero las formas definitivamente no son simples, y estoy seguro de que nadie midió los espectros de absorción/emisión de todos los materiales de la superficie, especialmente en el IR lejano, donde la mayoría estaría radiando ahora. Una buena parte de la nave espacial está detrás de ese HGA. Solo el brazo magnético, las antenas PRA/PWA, el RTG y la plataforma de escaneo y parte de su brazo no están sombreados. En la sombra hay tres fuentes primarias de calor: calor conducido a través del HGA hacia su lado posterior y luego irradiado, aunque con el alto albedo del HGA no será tanto calor como podría ser, si fuera negro; calor irradiado desde el RTG; y el calor irradiado desde el autobús de la nave espacial que se mantiene caliente por el calor disipado por la aviónica, los calentadores eléctricos alimentados por el RTG (al igual que la aviónica) y algunas RHU allí también. Hay mucho aislamiento multicapa (MLI) alrededor de ese autobús, por lo que la mayor parte de su calor irradiado provendrá de sus radiadores con persianas. Esto termina siendo un cálculo de equilibrio térmico muy complejo que se realiza mejor con un modelo CAD y códigos de transferencia térmica, y alguien probablemente hizo una versión simplificada (¡tecnología de principios de los 70!) para ver cómo funcionaría la nave espacial en Neptuno. ¡Estoy dispuesto a apostar que cuando se estaba diseñando la nave espacial, nadie pagó por hacer ese análisis por 140 UA! Hay mucho aislamiento multicapa (MLI) alrededor de ese autobús, por lo que la mayor parte de su calor irradiado provendrá de sus radiadores con persianas. Esto termina siendo un cálculo de equilibrio térmico muy complejo que se realiza mejor con un modelo CAD y códigos de transferencia térmica, y alguien probablemente hizo una versión simplificada (¡tecnología de principios de los 70!) para ver cómo funcionaría la nave espacial en Neptuno. ¡Estoy dispuesto a apostar que cuando se estaba diseñando la nave espacial, nadie pagó por hacer ese análisis por 140 AU! Hay mucho aislamiento multicapa (MLI) alrededor de ese autobús, por lo que la mayor parte de su calor irradiado provendrá de sus radiadores con persianas. Esto termina siendo un cálculo de equilibrio térmico muy complejo que se realiza mejor con un modelo CAD y códigos de transferencia térmica, y alguien probablemente hizo una versión simplificada (¡tecnología de principios de los 70!) para ver cómo funcionaría la nave espacial en Neptuno. ¡Estoy dispuesto a apostar que cuando se estaba diseñando la nave espacial, nadie pagó por hacer ese análisis por 140 UA!

Pero podemos establecer analogías con algunas de las lunas más distantes del sistema solar, con datos confiables disponibles en Wikipedia, basados ​​en artículos científicos de la Voyager. Las lunas de Urano tienen albedos de longitud de onda visible variables y varían en la temperatura superficial media de ~60 K a ~80 K, a una distancia de poco menos de 20 UA. Tritón, en Neptuno, a 30 AU del sol y con un alto albedo, tiene una temperatura superficial de ~38 K. Plutón, a ~35 AU en este momento y con un albedo promedio más bajo, promedia ~44 K. Algunas partes sombreadas de la Voyager , como los extremos más alejados de los puntales del motor de cohete sólido (SRM), será un poco más frío que eso. Verán ~π/2 estereorradianes de la parte inferior (¡bien aislada!) del autobús, y ~7π/2 estereorradianes de 2,7 K. ¡Eso los pone más fríos que LOX y SOX! Pero no está lo suficientemente frío como para recolectar hidrógeno, que hierve a poco más de 20 K bajo una presión de 1 atm (https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_hydrogen ). En condiciones de vacío, tendría que construirlo como un sólido, a 14 K o más frío.

La Voyager funciona con una tripulación mínima, e incluso la tripulación que tienen es solo de medio tiempo en la Voyager. Pero conozco a Suzie Dodd, la actual Gerente de Proyectos de Voyager, y tal vez la próxima semana pueda obtener información de ella. Ella estaba en el equipo técnico cuando yo estaba con Voyager, ¡así que sé que no es solo una gerente de empleados equivalentes a dólares y tiempo completo!

La Voyager fue diseñada para funcionar a -35 °C. A medida que cae la salida RTG, los calentadores se han apagado. El espectrómetro funciona actualmente por debajo de -79 °C . Su temperatura no se conoce con precisión, ya que se encuentra por debajo del rango operativo del sensor de temperatura.

El magnetómetro en su brazo largo se calienta con un calentador Pu-238 (página 20). El otro extremo es la plataforma de la cámara, que se apagó hace años. Sin embargo, no he encontrado datos de temperatura para ninguno de los dos (no hay datos de ingeniería en las colecciones de datos de Voyager ).

Las unidades de calentamiento de radioisótopos, pequeños elementos de calor que no usan energía y generan un vatio de energía térmica, están ubicadas en los sensores del magnetómetro y los sensores solares. No se utilizan unidades de calentamiento de radioisótopos cerca de instrumentos que detectan partículas cargadas. Los calentadores eléctricos están ubicados en toda la nave espacial para proporcionar calor adicional durante partes de la misión. Muchos de los calentadores se apagan cuando sus respectivas válvulas, instrumentos o subconjuntos están encendidos y disipando energía.

Los tubos vidicon del sistema de imágenes se diseñaron para funcionar a temperaturas superiores a +10 °C. Los tanques de hidracina deben mantenerse por encima de +2 °C. Sospecho que la grabadora también debe mantenerse bastante caliente.

El cuerpo principal de la nave espacial está sombreado por el HGA en estos días (después del último encuentro planetario ya no había razón para apuntar el HGA lejos de la Tierra), solo el RTG, la plataforma de la cámara y el brazo del magnetómetro están iluminados por el sol.