الفضاء الجوي والدفاع

تفرض قطاعات الفضاء والدفاع متطلبات صارمة للغاية على أداء المعدات وموثوقيتها ومتانتها، وتتضمن مكونات حرجة مثل أنظمة الطائرات الإلكترونية، والاتصالات الرادارية، والملاحة والتحكم، وتحويل الطاقة، وأحمال الأقمار الصناعية  وأجهزة الحاسوب العسكرية. غالبًا ما تعمل هذه الأنظمة في ظل ظروف قاسية مثل الارتفاعات العالية، والبيئات المفرغة، والتغيرات الشديدة في درجات الحرارة، والاهتزازات الشديدة، والتداخل الكهرومغناطيسي. ويُعرف عن تصميم إدارة الحرارة أنه يتميز بكثافة طاقة عالية وأحمال حرارية مركزة، مما يؤثر بشكل مباشر على استقرار المعدات ونجاح المهمة. وتشكل حلول إدارة الحرارة الفعالة والموثوقة والخفيفة الوزن عنصرًا حيويًا في تصميم معدات الفضاء والدفاع.

تواجه إدارة الحرارة لمعدات الفضاء الجوي تحديات متعددة. إن الضغط الجوي المنخفض للغاية على الارتفاعات العالية أو في الفضاء الخارجي يلغي تقريبًا التوصيل الطبيعي، مما يقلل بشكل كبير من فعالية أنظمة التبريد التقليدية المعتمدة على الهواء. وبالتالي، تصبح حلول التوصيل الحراري والتبريد الإشعاعي عالية الكفاءة ضرورية. تكون الطائرات والأقمار الصناعية حساسة جدًا للوزن، مما يستدعي تصميم مشتتات حرارة خفيفة الوزن. ويتم اختيار مواد مثل سبائك الألومنيوم ذات التوصيل الحراري العالي أو المواد المركبة النحاسية-ألومينيوم لتقليل الوزن مع الحفاظ على الأداء الحراري. وتتطلب الإلكترونيات الدفاعية موثوقية استثنائية. يجب أن تكون مشتتات الحرارة قادرة على تحمل دورة حرارية شديدة، والصدمات، والاهتزازات، والبيئات الكهرومغناطيسية لضمان تشغيل طويل الأمد خالٍ من الأعطال.

تتضمن الحلول الشائعة لإدارة الحرارة في تطبيقات الطيران والدفاع أنابيب نقل الحرارة، وموسعات الحرارة، ولوحات التبريد السائلة، وأنظمة التبديد الإشعاعي. تقوم أنابيب نقل الحرارة وموسعات الحرارة بتوزيع الحرارة العالية الموضعية بسرعة على مساحات أكبر، مما يعزز الكفاءة الإشعاعية. بالنسبة للأقمار الصناعية وسباع الفضاء، غالبًا ما توجه مشتتات الحرارة الحرارة نحو أسطح خارجية للتبديد، وتطلق الطاقة الحرارية إلى الفضاء عبر الإشعاع تحت الأحمر. بالنسبة لمصادر الحرارة عالية القدرة مثل رادارات الطائرات، ومضخمات القدرة، ومصادر طاقة الطيران، تُستخدم عادةً لوحات مبردة بالسوائل ومدمجة مع أنظمة ضخ دوّارة لتحقيق تبديد حراري فعّال والتحكم في تقلبات درجة الحرارة. كما تستفيد بعض أنظمة الأسلحة من مواد تتغير حالتها أو تقنيات تحكم نشطة في درجة الحرارة لضمان التبريد السريع للمكونات الحرجة بعد تشغيل قصير الأمد وعالي القدرة.

هيكلياً، تُصنع مشتتات الحرارة المستخدمة في مجال الطيران والفضاء عادةً عن طريق عمليات البثق، والتزوير البارد، والتشغيل الدقيق باستخدام الحاسب العددي (CNC)، واللحام بالقصدير لضمان قوة عالية، وموصلية حرارية، وثبات أبعادي. وتشمل معالجات السطح بشكل رئيسي التأكسد الكهربائي، أو التسوياد، أو الطلاء بمواد ذات انبعاثية عالية لتحسين كفاءة التبديد الحراري بالإشعاع، والقدرة على تحمل البيئات الخارجية المسببة للتآكل.