Dünya yörüngesinde veya derin uzay görevlerinde kullanılacak otonom "Uzay Dronları" (örneğin NASA'nın Ingenuity helikopteri veya geleceğin yörünge tamir dronları), minyatürleşme devriminin ürünleridir. Ancak küçülen boyutlar, "Isı Akısı Yoğunluğunu" (Heat Flux Density) artırır. Küçük bir hacme sıkışan güçlü işlemciler ve lazer sensörler, içeride muazzam bir ısı üretir.
Uzayda hava yoktur. Dolayısıyla ısıyı taşıyacak bir rüzgar da yoktur. Isı, olduğu yerde birikir ve donanımı pişirir. Bu sorunu çözmek için mühendisler, Pasif Termal Kontrol yöntemlerine ve Nano-Malzemelere başvurmaktadır.
Bu yazımızda, uzay dronlarını hayatta tutan üç kritik termal teknolojiyi inceliyoruz.
Bir işlemcinin ürettiği ısıyı, dronun soğuk dış yüzeyine (radyatöre) taşımak için bakır kullanılır. Ancak bakır uzay için çok ağırdır.
Teknoloji: Grafen Levhalar ve Karbon Nanotüp (CNT) Dizileri.
Çalışma Prensibi: Grafen, düzlem içi (in-plane) ısı iletiminde bakırdan 5 kat daha etkilidir (5000 W/mK'ye kadar). İşlemci üzerine yerleştirilen mikron kalınlığındaki grafen filmler, ısıyı "noktasal" bir kaynaktan alıp geniş bir yüzeye ışık hızında yayar.
Avantaj: Bakırın ağırlığının sadece %20'si kadar ağırlıkla, iki kat daha fazla soğutma performansı sağlanır. Bu, dronun manevra kabiliyeti için hayati bir tasarruftur.
Dronlar genellikle döngüsel çalışır: 10 dakika yoğun işlem yapar, 50 dakika uyur. Yoğun işlem sırasında oluşan ani ısıyı (Heat Spike) anında dışarı atmak zordur. Bunun yerine ısı "depolanır".
Teknoloji: Mikronize Metal Tozu Katkılı PCM'ler (Parafin veya Tuz Hidratları).
Mekanizma: PCM malzemesi, belirli bir sıcaklığa (örneğin 40°C) ulaştığında katıdan sıvıya geçer. Bu erime sırasında ortamdaki ısıyı emer (Latent Heat Storage). Ancak saf parafin ısıyı yavaş iletir. İçine karıştırılan Mikronize Alüminyum veya Nano-Grafik tozları, termal iletkenliği artırarak ısının parafinin her yerine anında ulaşmasını sağlar.
Sonuç: Bir "Termal Pil" gibi davranan bu sistem, tepe noktasındaki ısıyı emer ve dron dinlenmeye geçtiğinde yavaşça uzaya yayar.
Isıyı drona taşıdıktan sonra, onu uzay boşluğuna atmak (radyasyon) gerekir. Siyah cisimler iyi ısı yayar ama güneş ışığını da çok emer. Beyaz cisimler güneşi yansıtır ama kendi ısısını atamaz.
Nano Çözüm: Termokromik Nano-Kaplamalar (Örn: Vanadyum Dioksit - VO2).
İşlev: Bu akıllı kaplamalar, sıcaklığa göre atomik yapısını değiştirir.
Dron Soğukken: Kaplama yalıtkan davranır, iç ısıyı korur (Donmayı önler).
Dron Isındığında: Kaplama metalik bir faza geçer ve kızılötesi yayılımı (Emissivity) artırarak ısıyı uzaya "püskürtür".
Yapı: Bu kaplamalar, çok katmanlı nano-filmler veya mikronize pigmentler şeklinde dron gövdesine uygulanır.
Büyük uydularda kullanılan ısı boruları, dronlar için çok kabadır.
Teknoloji: Oluklu (Grooved) Mikro Isı Boruları.
Nano Detay: Boruların iç yüzeyi, kılcallık etkisini (capillary action) artırmak için Sinterlenmiş Bakır Nanotozları ile kaplanır. Yerçekimsiz ortamda sıvının hareketini sağlayan bu nano-gözenekli yapıdır. Sıvı buharlaşarak ısıyı taşır, nano-fitil üzerinden geri döner.
Uzay dronlarının başarısı, ne kadar hızlı uçtuklarından ziyade, termal dengelerini ne kadar iyi koruduklarına bağlıdır. Nano malzemeler; ağırlık yapmadan ısıyı iletme, depolama ve yayma yetenekleriyle, bizi Mars kanyonlarında veya asteroit kuşaklarında uçacak otonom araçlara bir adım daha yaklaştırmaktadır.
