Номер 3, страница 87 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 22. Реактивный двигатель. Холодильные машины. Темы докладов - номер 3, страница 87.

Условие.

3. Как отвести тепло с космической орбитальной станции?

Решение.

Отвод тепла с космической орбитальной станции является критически важной задачей, поскольку в условиях вакуума невозможно использовать привычные на Земле способы охлаждения — конвекцию и теплопроводность (через окружающую среду). Единственным доступным способом избавиться от избыточного тепла в космосе является тепловое излучение.

Источниками тепла на станции являются прямое солнечное излучение, тепло, выделяемое работающим оборудованием и электроникой, а также тепло, выделяемое экипажем в процессе жизнедеятельности. Без эффективной системы отвода тепла температура внутри станции быстро достигла бы критических значений.

Процесс отвода тепла реализован с помощью сложной системы терморегуляции, которая работает в несколько этапов.

1. Сбор тепла внутри станции
Внутри жилых и рабочих модулей станции проложены трубопроводы, по которым циркулирует жидкий теплоноситель (например, вода). Эта жидкость, проходя через специальные теплообменники, забирает избыточное тепло от воздуха, приборов и конструкций. Этот процесс основан на конвекции и теплопроводности внутри герметичных отсеков станции.

2. Перенос тепла во внешний контур
Нагретая вода из внутреннего контура поступает в основные теплообменники, где она передает свое тепло другому теплоносителю, циркулирующему во внешнем, независимом контуре. В качестве внешнего теплоносителя используется вещество с очень низкой температурой замерзания, как правило, аммиак, поскольку внешний контур подвергается воздействию экстремально низких температур открытого космоса.

3. Излучение тепла в космос
Нагретый аммиак из внешнего контура подается в большие панельные радиаторы, расположенные снаружи станции. Эти радиаторы имеют очень большую площадь поверхности и специальное белое покрытие с высоким коэффициентом излучения. Они сбрасывают тепловую энергию в космос в виде инфракрасного излучения. Мощность этого излучения описывается законом Стефана-Больцмана: $P = \epsilon \sigma A T^4$, где $\text{P}$ — мощность излучения, $\epsilon$ — коэффициент излучения поверхности, $\sigma$ — постоянная Стефана-Больцмана, $\text{A}$ — площадь поверхности радиатора, а $\text{T}$ — его абсолютная температура. Эта формула наглядно показывает, почему для эффективного охлаждения так важна большая площадь радиаторов ($\text{A}$).

Радиаторы постоянно ориентируют так, чтобы на них попадало как можно меньше прямого солнечного света и они были направлены в холодный глубокий космос. Их можно поворачивать, чтобы оптимизировать процесс теплосброса и избежать дополнительного нагрева от Солнца или отраженного от Земли света.

Ответ: Тепло с космической орбитальной станции отводится путем теплового излучения в вакуум. Для этого используется система жидкостного охлаждения: она собирает избыточное тепло внутри станции, переносит его с помощью теплоносителя (аммиака) к внешним панельным радиаторам большой площади, которые и излучают эту тепловую энергию в космическое пространство.