יום חמישי, 20 ביוני 2013

טמפרטורה קיצונית והנחיתה על הירח

בקבוצת הפייסבוק "חשיבה חדה" התפתח דיון על עמידות ציוד אלקטרוני וחליפות חלל בתנאי הטמפרטורה הקיצוניים שעל פני הירח, בעיה שמשחקת לכאורה לידיהם של שוללי הנחיתה על הירח.
לבקשתו של גלעד, מנהל הקבוצה ובעל הבלוג המצויין הנושא את אותו השם, התחלתי לכתוב פוסט עם הסברים עבור הקבוצה, אבל מאחר והטקסט תפח לממדים שאינם מתאימים לפייסבוק, החלטתי להציגו כאן בבלוג.

קודם כל, כדי להוריד את הקטע הקונספירטיבי מהדיון, כדאי לדעת שהתנאים על פני הירח לא יותר גרועים מהתנאים במסלול נמוך סביב כדור הארץ (למעט יוצא דופן אחד - חשיפה לקרינה מייננת*). כל הבעיות הקשורות לטמפרטורה קיימות גם סביב כדור הארץ, כך שאם זו הסיבה לחשוד שהנחיתה על הירח היתה תרמית, אז צריך להטיל ספק גם בקיום לווינים ובקיום פעילות אנושית בתחנת החלל.

"דוקא די נעים יחסית לעונה"
Credit: NASA

עכשיו לענייננו, נכון שלכל מכשיר חשמלי טווח טמפרטורות עבודה, שחריגה מהן עלולה להביא לתקלה. כך גם בחלל. 
באופן כללי יש שלוש דרכים פיסיקליות להעביר חום בין גופים, והן הולכה (נגיעה בחפץ חם תגרום לכוויה כי החום מועבר מהחפץ אל היד), הסעה (תחושת קור בגלל רוח, כי חום הגוף מועבר לאוויר תוך כדי תנועתו) והקרנה (כל גוף פולט קרינה אלקטרומגנטית באורכי גל המושפעים בעיקר מהטמפרטורה שלו, למשל גוף האדם פולט קרינה באורך גל תת-אדום).
בחלל, בהיעדר תווך שמסוגל להעביר חום בהולכה או בהסעה, נותרת רק אפשרות מעבר החום על ידי הקרנה. כך למשל מחממת השמש את כדור הארץ מבעד ל- 150 מיליוני קילומטרים של ריק.

חלליות (ואסטרונאוטים) החשופות לשמש יתחממו בצידן הפונה לשמש, ויתקררו בצד המוצל. הטמפרטורות עלולות להגיע למאות מעלות צלזיוס בצד המואר וקרוב לאפס המוחלט בצד החשוך.
מכשירים חשמליים מתוכננים כאמור לסבול טווח טמפרטורות מוגבל, ולכן מגינים על כל רכיב חללי בשכבה של בידוד (אלה הכיסויים הזהובים/כסופים) שנועדו להגן מפני העברת חום בקרינה. כך מונעים מהמכשירים להתקרר או להתחמם מדי כתוצאה מקרינה חיצונית.

סקיילאב. השמיכה התרמית שהצילה את תחנת החלל.
Credit: NASA

הבידוד אינו מספיק לכל מצב ולעיתים נדרש להפעיל מחממים חשמליים.
הבעיה העיקרית היא מניעת חימום יתר בגלל פעילות המכשיר החשמלי עצמו (כל מכשיר חשמלי פולט חום, ומכשירים קרקעיים מקוררים בעיקר על ידי מאווררים, שאינם יעילים כשאין אוויר).
הפתרון הוא באמצעות הסעת החום העודף בצינורות חום, באותה טכנולוגיה הקיימת במחשבים היום, מהאלקטרוניקה המתחממת אל משטחי הקרנת חום שממוקמים מחוץ לחללית.
בסרט שבקישור זה מדגימים את הנושא באופן נהדר, ולמי שיש שעה פנויה אמליץ לצפות בו במלואו.

אנשים הם לא מערכות אלקטרוניקה, אך גם לגוף שלנו מגבלות טמפרטורה, שחריגה מהן תביא לחוסר נוחות ועד לפגיעה בתפקוד ולנזקים בלתי הפיכים.
חליפות חלל מתוכננות להגן על האסטרונאוטים מתת-לחץ, מפגיעות מיקרו מטאורים ומטמפרטורות קיצוניות. הדגמים המוקדמים של חליפות חלל הוכחו לראשונה בחלל בשנת 1965 הן על ידי הסובייטים והן על ידי האמריקאים, כך שאין הגיון בטענה על חוסר היכולת להתמודד עם טמפרטורות קיצוניות בחלל.

הבידוד, כפי שכתבתי למעלה, מספיק לגמרי כנגד החום מהשמש וכנגד הקור של החלל (תכל'ס, איבוד חום בהקרנה הוא תהליך מאד איטי ובלתי יעיל יחסית למעבר חום בהולכה, ולכן קל יחסית להתמודד איתו).
הבעיה היא חום הגוף של האדם שבפנים, וזאת פותרים באמצעות מערכת קירור מים - מתחת לחליפה לובשים האסטרונאוטים בגד המכיל מערכת צינורות המזרימים מים ממיכל שעל גב חליפת החלל. יש להם יכולת לשלוט ידנית על הטמפרטורה כדי שיהיה להם נוח. זו מערכת פשוטה שמשתמשת במחליף חום פשוט, שגם בשנות השישים היה מוכר.
 
שכבות חליפת החלל (לחצו להגדלה). צילום: יואב לנדסמן

הטמפרטורה, אגב, היא לא הבעיה הגדולה ביותר לציוד אלקטרוני ולאנשים בחלל. הקרינה ותת הלחץ עושים שמות בחומרת החלליות ובגוף האדם. על כך תוכלו לקרוא בפוסט "למה הוא כל כך רע אלינו, החלל הזה?".

_______________________________
* קרינה מייננת שמקורה בשמש ובמקורות אחרים בחלל מסוכנת לאלקטרוניקה ולבני אדם. קרוב לכדור הארץ ניתן לזכות בהגנה של חגורות הקרינה של כדור הארץ, שמקורן בשדה המגנטי שלו.
עם זאת, נזקי הקרינה עלולים להיות קטלניים רק בשהייה ממושכת מאד הרחק מכדור הארץ (חודשים עד שנים), בעוד שכל הטיסות המאויישות לירח נמשכו לא יותר משבועיים.

6 תגובות:

  1. תשובות
    1. עכשיו שמתי לב שהקישורים לקבוצת הפייסבוק ולבלוג שלך לא פעילים.
      תיקנתי ואני מתנצל.

      מחק
  2. אם האדם ייצר מגנט חזק במיוחד, לא חשוב הגודל: יהיה אפשר למנוע ממנו הקרנה כאילו היה כדו"א?

    השבמחק
    תשובות
    1. התשובה היא שכן. זה אפשרי, אבל צריך למצוא את הפשרה בין שדה מגנטי חזק כך שייצור "בועה" סביב החללית שאליה חלקיקים טעונים לא יוכלו לפרוץ, אבל שיהיה מספיק חלש כדי שלא יזיק למערכות אלקטרוניקה בעצמו.
      יש עבודות אקדמיות על זה, אבל אנחנו עדיין לא שם...

      מחק
  3. הטענה העיקרית של חובבי הקונספירציה היא העובדה שבצילומים מהירח דגל ארה"ב מתנפנף בעוד שבירח כמובן שאין רוח. יש איזו סיבה שדגל יתנפנף על הירח?

    השבמחק
    תשובות
    1. הדגל לא מתנפנף מעצמו - הוא מתנופף כשנוגעים או מזיזים את המוט שלו. כשמזיזים משהו, הוא זז. אפילו דגל. לא צריך רוח בשביל זה.
      ה- Mythbusters שיחזרו את זה: http://youtu.be/hMBCfuKs9i8

      ונקודה למחשבה - אילו היה זיוף, למה לא מנעו מהדגל לזוז? זה לא נשמע לי מסובך במיוחד.

      מחק