Температура на Луне. Тема для обсуждения.

Steven Lerner

Пост
3610

Совсем коротко, для напряжения мозгов и дискуссий.
Понятно, что на Луне нет атмосферы и, соответсвенно, нет “температуры воздуха”, как мы привыкли к этому понятию на Земле. Но температуру поверхности и объектов на Луне никто не отменял. Лунной ночью поверхность Луны и все объекты на ней охлаждаются до чуть ли не абсолютного нуля, а лунным днем разогреваются до очень высоких температур.
Экспедиции Аполлонов высаживались в местах, близких к линии терминатора, вскоре после восхода солнца над горизонтом. От того и тени на фотографиях такие длинные, от того длинные тени так чувствительны к неровностям поверхности. От того и блики на линзах фотокамер. Очень классных камер фирмы Хассельблад.
[Написал и подумал, что, может стоит написать отдельную статью про космические фотокамеры и фотопленку к ним.]
Делалось это для того, чтобы астронавтам не приходилось ходить по раскаленному грунту, чтобы солнечные лучи под большим углом падения не слишком разогревали лунный модуль, оборудование и скафандры астронавтов. На сколько я помню, в лунных скафандрах не было системы отопления, но была водяная система охлаждения. Если астронавту становилось жарковато, то он нажимал на кнопочку и часть воды испарялась через микро-отверстия в трубках системы терморегуляции.
За те несколько часов или несколько десятков часов, что астронавты находились на Луне, почва, камни и оборудование не успевали разогреться до слишком больших температур.
Впервые я столкнулся с “температурно-лунным вопросом” давным давно, в спорах с “ниспровергателями лунной аферы”, которые доказывали, что на Луне нельзя делать фотографии на фотопленку, поскольку пленка бы расплавилась от дикого жара…
Потом я вспомнил, как экипаж Аполлона-8 замерзал, когда корабль, облетая Луну, оказался в её тени.
Потом вспомнил эту золотистую фольгу, которой были укутаны лунные модули.

А теперь давайте представим себе лунную базу. Постоянные сооружения. Жилые и служебные, исследовательские и складские помещения. Часть закопают поглубже, под поверхность – прежде всего жилой комплекс. Это понятно – так безопаснее на случай метеоритной атаки и против радиации.
Но то, что останется на поверхности, будет остывать лунной ночью до весьма низких температур и придется тратить массу энергии на отопление. Причем, понятно, что лунной ночью солнечные батареи не будут давать энергию.

Затем Солнце взойдет над горизонтом и начнет разогревать сооружения до температур в сотни градусов. Сооружения придется охлаждать, на что вынуждены будут тратить гигантское количество электроэнергии.

Я не говорю, что это технически нерешаемая задача. У меня в голове крутится несколько идей по этому поводу. Но, мне бы хотелось расшевелить мыслительный процесс нашего диванно-космического сообщества.

Предлагайте решения!

42 коментарів

Розгорнути всі

Будь ласка, у свій профіль, щоб коментувати пости, робити закладки та оцінювати інших користувачів. Це займає всього два кліки.

Чер 25, 2020 22:47

Итак)) диванно-космическая аналитическая группа, задание приняли и работу начали))
На мой взгляд в качестве оч. хорошего решения уже была новость на АЦ про использования лунных кирпичей из реголита в качестве аккумуляторов тепла.
https://thealphacentauri.net/27209-dobyt-energiyu-iz-lunnykh-kirpichei
А в качестве охлаждения придется зарывать в грунт жилые модули, не сколько из-за тепла сколько из-за радиации. а то что зарыть нельзя, то накроют навесом из отражающей пленки.
Диванно-эксперДное мнение высказал, пост сдал)))

Чер 26, 2020 00:37

Ну, аккумулирование тепла – это хорошо, но недостаточно. Лунная ночь длится больше 27 суток. На сколько хватит аккумуляционного потенциала этих реголитовых кирпичей? Да и безвредность их сомнительна.

А вот мысль делать “зонтики” – мне кажется, правильная.
Только не из простой пленки, а из солнечных панелей. Причем, надо, чтобы “зонтики” были не сплошными, а лепестковыми, и, чтобы они вращались, дозируя получение тепла сооружением, не давая ему ни перегреться, ни переохладиться.
А заодно, можно подумать о таком источнике тепла, как термопара. Если в сплошную тень поместить один электрод, под глубокий минус, а на открытую, освещенную солнцем поверхность, кинуть второй конец, то, я думаю, можно днем собрать довольно много электроэнергии, в дополнение к соларам и другим источникам.
Но ещё понадобится мощная батарея электрических аккумуляторов, чтобы собранная днем электроэнергия могла использоваться 27-суточной ночью.

Как вам такая идея?

Чер 26, 2020 02:03

Аккумы туда надо еще и притащить, а весят они немало. Термопара интересно, но длина кабеля вбивает в ступор.
Все таки как по мне альтернативы изотопному источнику питания в ближайшее время там не будет.

Чер 26, 2020 10:28

Термопара работает за счет передачи тепла с горячего конца на холодный. Соответственно чтобы получить больше мощности нужно передать больше тепла. Значит если мы хотим получить какую-то значительную мощность, термоэлектрический преобразователь будет иметь форму не длинного кабеля, а плоской панели. Такую панель разумеется тоже, при определенных условиях, можно использовать на Луне, но в любом случае ее КПД будет сильно уступать солнечной батарее. Поэтому лично я вижу только один случай, когда ее можно применить, а именно если ее изготовление из местных материалов будет значительно проще, чем солнечных батарей.

Чер 26, 2020 11:07

Лунная ночь не длится 27 суток, а около 15.

Чер 25, 2020 23:22

Все что остается на поверхности, должно быть рассчитано на такие перепады температур. Термостатированные боксы, для всего нежного. Узлы требующие подогрева/охлаждения – минимизировать.

Чер 26, 2020 00:28

Ну вот как вы минимизируете астрономические конторы? Радио- и оптические телескопы. Как минимизировать лаборатории, которые специально тащат на Луну ради вакуума и малой гравитации?

Это половинчатое решение, которое сильно ограничивает смысл лунной базы в принципе.

Чер 26, 2020 02:14

так вроде бы лаборатории как и жилые модули – под слой реголита. Зачем их на поверхности держать?

Чер 26, 2020 09:09

Как минимизировать лаборатории, которые специально тащат на Луну ради вакуума и малой гравитации?Слой реголита – не помеха для вакуума и малой гравитации

Чер 26, 2020 10:40

Лютые минуса астрономам в радость(разработчики Гершеля, Спитцера да Вэбба подтвердят, им перепады ЗЛО), главное максимально радиопрозрачную ЭВТИ изобрести. Какие аэрогели с наночастицами углерода?.
Они за наблюдения в широкой полосе ЭМ-спектра от и до – душу продадут и будут кушать , отдыхать по минимуму. Но лучше им из дому управлять аппаратурой.
Людей на Луну тащить спешно, то от лукавого, флаговтык уже был.
Роботы могут вкалывать 23/7/365 с питстопами, на регламенты и подзарядку батареек.

Чер 25, 2020 23:47

Просто не лишати нічого на поверхні. Обвалований шлюз і все. Я не можу собі уявити елементи бази, яким на поверхні буде краще, ніж під поверхнею. Так чому б одразу не заритися як слід?

Чер 26, 2020 00:26

Не оставлять ничего на поверхности не получится. Там же собираются ставить какие-то телескопы, там будут космодромы, транспортная техника, склады, какие-то лаборатории и так далее.
Всё это будет нуждаться в системах терморегулирования.

Чер 26, 2020 02:01

Ну телескопы есть и просто на орбитах. Там же как-то выходят из положения.

Чер 26, 2020 02:21

там будут космодромы, транспортная техника, склады, какие-то лаборатории теоретически, от космодрома на поверхности достаточно площадки. Ангары, боксы для техники, склады, лаборатории – все под метровым слоем реголита:
https://news.files.bbci.co.uk/include/extra/shorthand/assets/news/fHT7OYDqjz/assets/Nd8um78It2/foster_moonbase_interior-1920×1079.jpeg

Правда это неслабые такие construction works и что делать до того как это все оборудовано -вопроооооооос
Да и как/чем эти construction works делать – вопроооооооос )))

Чер 26, 2020 08:33

Телескопи, це умовно кажучі, ажурні металеві конструкціі зі швелерів чи таврів, розтягнутих дротами. Єдина незручність, від перепадів, це необхідність компенсувати КТР. Але ця задача так чи інакше стоіть для всіх радіотелескопів. Склади і гаражі можна і треба закопати. Космодром… та теж все зарити. Заправочні шланги витягати на поверхню на час заправки.
В принципі, життя на Місяці, це життя на війні. Чим краще зариєшся, тим більше шансів матимеш на виживання

Чер 26, 2020 02:32

найс тема %) наконец то.
Получается, что задача сводится к тому, что бы днем собирать тепло в каком-то носителе с небольшой теплопроводностью, а потом на протяжении месяца отводить накопленное…. интересно, что народ придумает:)

Чер 26, 2020 04:41

Да. Но день 27,3 земных суток, а потом такая же ночь.
Запасать придется много….

Чер 26, 2020 10:52

Так ото-ж, принцип Оккама. Дабы много не греть и запасать – минимизировать. Все что можно проектировать на перепад в 300-400К.

Чер 26, 2020 07:13

Ну, гуляй, губерния…
Всё, что возможно, закапывается, тогда тратиться придётся только на поддержание температуры. На глубине метра, пишут умные люди, там -35 вне зависимости от условий на поверхности. Всё же, что должно остаться на поверхности – строится прямо на “крыше” всего того, что закопано. Дополнительная защита, опять же: в случае чего пусть лучше расхреначит пару телескопов, чем голов. А доступ – через внутренние шлюзы/переходы. Тогда и на поверхность лишнего шастать не надо. А это, в свою очередь, в известной степени решает гораздо более острую проблему долговременного там пребывания – с абразивностью пыли.
Дежурное энергообеспечение доверить вынесенному на разумное расстояние Kilopower (или что там из проекта выродится). Кабеля подзакопать и бронировать. Сдаётся мне, даже дублирование системы будет проще и дешевле хитровыдолбленных компенсаторных систем. Не, ну ежели воду найдут неподалёку, то можно и топливных элементов подбросить по оказии, чего уж там.
Попутно реактор(ы) обеспечит(ат) энергией и гипотетический заводик по производству на месте микропористых кирпичей/панелей из реголита для внешней отделки всего того, что на поверхности. Микропоры – отличная термоизоляция, а если ещё и с т.н. открытыми ячейками, то в условиях вакуума – вообще самое оно. При достаточной толщине пойдут и на “броню”. Местное производство в любом случае хорошо так придаст гибкости.
Ну а для вынужденных активностей именно на открытой поверхности строиться где-нибудь в средних широтах, или даже немного поближе к полюсам – ночной дубак там тот же, но днём не так припекает. И ближе к полюсам таки выше шансы найти воду.

Чер 26, 2020 08:25

возможно существуют такие площадки около полюсов (на существенных возвышенностях) , которые большую часть времени освещаются Солнцем, находящимся очень близко к горизонту либо частично над горизонтом. это было бы большой удачей.

что касается перспективного аккумулятора энергии: разложение воды на кислород и водород энергией от солнечных батарей днем, обратное преобразование турбиной от водородного двигателя ночью.

Чер 26, 2020 13:58

по поводу площадки, постоянно освещаемой солнцем, такое место действительно есть:
https://www.nature.com/articles/news.2007.182

Лип 12, 2020 19:58

Пики света есть, но они труднодоступны и ставить там на вершинах большие панели весьма геморно.

Чер 26, 2020 09:57

Вы преувеличиваете масштаб проблемы. В условиях вакуума обычная зеркальная пленка превращается в супер эффективную по земным меркам теплоизоляцию

Чер 26, 2020 10:58

“…разогревать сооружения до температур в сотни градусов.” Откуда Вы берете такую цифру “в сотни” градусов? Вот, что я нашел навскидку по данной теме: “Улучшить условия отвода тепла в космос можно двумя способами. Во-первых, путем уменьшения отношения As/ε, что на практике достигается с помощью соответствующей обработки излучающей, или, как ее еще принято называть, радиационной поверхности. Широкое распространение получило, например, нанесение на эту поверхность специальных лакокрасочных покрытий, обеспечивающих рабочее значение As/ε=0,5 (в этом случае температура снизится и составит примерно 60°С). Во-вторых, можно отказаться от полной теплоизоляции одной из сторон рассмотренной ранее пластинки (т.е. уменьшить отношение площадей, воспринимающей и излучающей тепловой поток). Тогда тепло будет поступать на нее с одной стороны, а излучаться — с двух. В результате температура пластинки будет составлять для поверхностей, подвергнутых химической полировке, -120°С, а для поверхностей с лакокрасочными покрытиями, обладающими указанными характеристиками, -10° С.
В последнем случае известное преимущество по сравнению с прямоугольной пластинкой имеет цилиндр. Солнечный поток может поступать на так называемый солнечный мидель цилиндра, т.е. на площадь его сечения, перпендикулярного солнечным лучам. В то же время излучение тепла (без учета оснований цилиндра) будет происходить с боковой поверхности цилиндра. Как показывают расчеты, средняя по поверхности температура цилиндра при лакокрасочных покрытиях с Аs/ε=0.5 равна примерно -20°С. Таким образом, с помощью сравнительно простых мер можно добиться того, чтобы средняя температура оболочки космического аппарата, нагреваемой солнечными лучами, была довольно низкой.” (Источник: http://www.astronaut.ru/bookcase/books/salah03/text/02.htm)

Чер 26, 2020 11:01

И не следует, вероятно, считать, что все вокруг – это “диванно-космическое сообщество”! Это бесперспективно, ИМХО.

Чер 26, 2020 13:50

Первые базы планируют делать на полюсах, на дне кратеров. Так что там будет постоянный холод так, что нужно будет решить проблему подогрева. Ну а когда кратеров не хватит или база должна будет принципиально находится на открытом пространстве, тогда в помощь светоотражающие материалы, слой реголита, возможны какие то способы аккумуляции тепла и холода, что бы потом использовать их для обогрева и охлаждения. Пример наверно плохой, но можно представит резервуар воды, ночью она отдает тепло накопленное днём, и охлаждает днем. Я уверен, что есть болеет подходящие для этого материалы, я просто не эксперт.

Чер 27, 2020 21:20

Мені навпаки здається що в кінцевому результаті різниця температур назовні та на глибині декількох метрів (куди й скоріш за все й будуть вкопуватись модулі станції) навпаки буде використовуватись як бонус, в коментарях вище уже згадувався Kilopower, впевнений що вже є моделі з термопарами й двигунами Стірлінга.

Чер 29, 2020 16:15

Можно построить наружные сооружения в тени, а рядом на постоянно освещаемом участке поверхности разместить нагреваемую Солнцем конмтрукцию, от которой будут идти трубопроводы с теплоносителем, один в поселение, другой в грунт. Когда нужно подогреть сооружения открываем подачу теплоносителя в них, когда не надо – греем Луну.

Лип 20, 2020 21:23

Просто затенять нужные объекты той же фольгой на лёгком каркасе.