На поверхности Венеры побывали несколько советских станций и американский зонд. Все они передали на Землю массу ценной информации, однако ни одному не удалось проработать дольше пары часов. Их погубила убийственная жара, буквально спекшая всю бортовую электронику. Чтобы подобное не повторялось, в будущих венероходах будет использоваться специальный холодильник для «электронных мозгов».

Двигатель Стирлинга: настольная версия
Венероход, способный длительное время работать в суровых условиях Венеры, может в корне изменить наши представления об этой планете

На поверхности Венеры царит настоящее пекло — 475 градусов по Цельсию (достаточно, чтобы расплавить свинец) при давлении порядка 100 атмосфер. Подобные условия смертельны не только живых организмов, но и для автоматических роботов, вернее — для их электронной начинки. Между тем идея послать на Венеру полноценный аппарат наподобие марсохода по‑прежнему весьма привлекательна. В принципе, эта идея вполне осуществима — нужно лишь разработать эффективную систему охлаждения электронных цепей, способную действовать в условиях поверхности Венеры.

Проект такой системы уже готов — его создали Джеффри Лендис (Geoffrey Landis) и Кеннет Меллотт (Kenneth Mellott). По их расчетам, холодильник способен увеличить срок жизни венероходов как минимум до 50 земных дней. Ученые намерены укутать «электронные мозги» венерохода керамической теплоизоляцией и поместить их внутрь металлической сферы размером со средний грейпфрут. Охлаждение сферы будет осуществляться с помощью двигателя Стирлинга, изобретенного еще 1816 г. — «Популярная Механика» уже рассказывала о таком двигателе (и показывала его в работе): «Воздушная машина преподобного Стирлинга».

Вкратце, двигатель Стирлинга — это довольно изящная и эффективная тепловая машина, способная преобразовывать в работу любую разницу температур. В самой простой своей конфигурации двигатель состоит из закрытого цилиндра, (горячего с одной стороны и холодного — с другой), а также двигающегося поршня со специальным вытеснителем, изменяющим объем горячей зоны цилиндра. Двигатель работает за счет чередующегося нагревания и охлаждения рабочего тела, в роли которого может выступать любой газ. При нагревании газ увеличивается в объеме, а при охлаждении наоборот, уменьшается — это и обеспечивает движение поршня. В процессе работы газ постоянно перекачивается из холодной зоны в горячую и обратно. При этом он сперва проходит через раскаленный теплообменник (именно сюда подводится тепло, служащее источником энергии для движения), а при возвращении — через охлаждающий радиатор.

Двигатель Стирлинга может работать и в обратную сторону, то есть преобразовывать движение в тепловой градиент — если принудительно двигать поршень в цилиндре, между двумя резервуарами для газа (теплообменником и радиатором) будет нарастать температурная разница. В охладителе для венерианских аппаратов роль теплообменника будет играть металлическая сфера с электронной начинкой внутри. Для того, чтобы такой холодильник успешно работал, температура газа в радиаторе должна быть больше температуры окружающей среды, поэтому рабочее тело будет нагревается в нем до 500О. Это всего лишь на 25О теплее, чем в среднем по Венере, однако при правильном подходе этого должно хватить для создания в охладительной камере температуры в 200О, вполне пригодной для устойчивой работы электронных цепей.

Проектируемый охладитель будет потреблять 240 Вт, поэтому для его питания ученые планируют задействовать специальную плутониевую батарею, черпающую электричество из энергии ядерного распада. «Следующим шагом станет постройка рабочего прототипа, способного наглядно продемонстрировать жизнеспособность нашей идеи», — подытоживает Джеффри Лендис.

Впрочем, возможно, более экономным будет использовать новый тип электроники, выдерживающей разогрев до 650 градусов и работающей, даже раскалившись докрасна — читайте об этой технологии: «Работает и краснеет».

По публикации The New Scientist Space