Wenn es schwierig ist, überlebende Mondnächte zu gewährleisten, um das Überleben der Elektronik zu gewährleisten, z. B. bei Mondrovern bei niedrigen Temperaturen,

ist die Temperatur selbst nicht der Hauptgrund.

Mondnächte sind schwer zu überleben, da Sie 14 Tage Dunkelheit haben. Wenn Sie einen solarbetriebenen Rover entwerfen möchten, der genug Energie speichert, um 14 Tage lang warm zu bleiben, wird der Rover groß und schwer. Zu schwer, um mit aktuellen Raketen gestartet zu werden.

Wir verwenden stattdessen nukleare Zerfallsheizungen, die viel kleiner und leichter sind.

Die Alternative besteht darin, sich für die Mondnacht auszuschalten. Aber dann kühlt sich der gesamte Rover ab und heizt sich am nächsten Morgen wieder auf. Diese Wärmezyklen sind die übliche Todesursache: Da sich unterschiedliche Materialien unterschiedlich schnell ausdehnen und zusammenziehen, ist es wirklich schwierig, Elektronik zu entwickeln, die bei so großen Temperaturschwankungen intakt bleibt.

JWST hingegen ist permanentem Sonnenlicht ausgesetzt. Dies hat mehrere Konsequenzen:

• Sie können die Elektronik direkt erwärmen, indem Sie sie auf die heiße Seite des Raumfahrzeugs stellen.
• Sie können elektrischen Strom von den Sonnenkollektoren verwenden, um Heizungen zu betreiben auf der kalten Seite, ohne große Batterien zu benötigen.

Sie können die Methoden von JWST also nicht auf einem Mondrover verwenden: Ihre Umgebungen sind zu unterschiedlich.

Kernheizung ist nicht "berüchtigt", sondern verteuert die Mission nur ein bisschen. Es ist eine ausgereifte, zuverlässige Technologie, die funktioniert. Warum also nicht?

Aus Status des JWST-Sonnenschutzes und des Raumfahrzeugs in @ Antzis Antwort:

Der größte Teil der Elektronik befindet sich auf der "heißen Seite", aber auf der kalten Seite (neben den gekühlten IR-Sensorchips) muss sich eine konventionelle Elektronik befinden.

Kleine thermische Umgebungen in der Kälte Die Seiten sind mit Heizgeräten ausgestattet, um diesen elektronischen Geräten Mini-Umgebungen mit normaler Betriebstemperatur zu bieten.

[...] Thermostatisch gesteuerte Heizgeräte werden verwendet, um Geräte unter kalten Bedingungen über der erforderlichen Mindesttemperatur zu halten . Heizgeräte mit Heizungsantriebselektronik (HDE) werden verwendet, um das + J3-Panel, die Antriebsleitungen, die Batterie, den Sternentracker und die 1-Hz-Isolatoren innerhalb des erforderlichen Stabilitätsbereichs zu halten.

Die Temperaturen der Raumfahrzeugkomponenten werden innerhalb des Bereichs gehalten Erforderliche Grenzwerte durch Verwendung von Heizkörpern, Wärmerohren, MLI und Heizgeräten. Thermostat und softwaregesteuerte Heizungen sind die beiden Typen, die in diesem Raumfahrzeug verwendet werden. Die Software-Steuerheizungen werden verwendet, um eine strenge Temperaturkontrolle für kritische Komponenten und Strukturen von Raumfahrzeugen aufrechtzuerhalten. Die Heizungen werden von einer Flugsoftware mit Temperaturregelung gesteuert. Die Flugsoftware ermöglicht es dem Boden, alle TCS-Missionskonstanten zu ändern, die Ein / Aus-Heizsollwerte und Ausfallschwellen enthalten.

Quelle: Ich. Ich arbeite derzeit als Systemingenieur bei JWST.

JWST wird vom 2. Lagrange Point (auch bekannt als L2) aus operieren, der ungefähr 1,5 Millionen km (oder 930.000 Meilen) hinter der Erde in der Sonne-Erde-Linie liegt. Dies ist ungefähr das Vierfache der Entfernung von der Erde zum Mond. Diese Entfernung stellt zusätzlich zu seiner lissajous Umlaufbahn sicher, dass es keiner Mondnacht begegnet und seine Solaranlage in der Sonne bleibt.

In Bezug auf die Betriebstemperatur müssen Sie verstehen, dass JWST drei (3) klar definierte thermische Bereiche und einen Übergangsbereich hat. Region 3 ist das Raumfahrzeugabteil. Hier befinden sich alle wichtigen Subsysteme / Elektronik des Raumfahrzeugs (Hauptcomputer, Kommunikationssystem, Lageregelung usw. sowie der Hauptinstrumentencomputer und die Kryokühler). Diese Region ist in ständiger Sonne und arbeitet daher zwischen 0 und 40 ° C, abhängig von der Position im Orbit und der Effizienz der Wärmeableitung. Der Akku befindet sich ebenfalls in Region 1, sodass es nie zu einer drastischen Kälte kommt.

Mit dem 5-Lagen-Sonnenschutz gibt es einen Übergangsbereich von der "heißen" Sonnenseite zur kryogenen kalten Seite. Beachten Sie, dass dies ein sehr steiler Temperaturübergang ist, sodass Materialien und Kabel all dies sowie die Kryokühlerleitungen aushalten müssen.

Region 1 ist der "kalte" Teil des Observatoriums und umfasst die Spiegel und Aktuatoren sowie die Instrumente (dh alle ihre mechanischen Teile und Detektoren), die Tragstruktur sowie verschiedene Heizungen, Kabelbäume und Wärmeleiter. Hier sinkt die Temperatur passiv unter 30 K, abgesehen von den Heizgeräten, die die Instrumente auf ihren Betriebstemperaturen halten, und dem kryogenen Instrument, das auf 6 K sinkt. Die Instrumentenmechanismen sind alle für diese niedrigen Temperaturen ausgelegt Fokalebenensysteme sind ebenfalls speziell für diese Temperaturen ausgelegt, mit einer sofortigen / lokalen Verarbeitung.

Region 2 befindet sich auf der Rückseite von Region 1. Sie enthält die Instrumentenelektronikboxen (außerhalb des Hauptinstrumentencomputers) und einige andere unterstützende Elektronikboxen. Dies ist eine sehr gut isolierte Box mit Grundplattenheizungen, um sie auf> 0 ° C zu halten. Im Vergleich zu Region 1 ist sie also ziemlich warm! Es enthält auch spezielle Richtstrahler, die dazu beitragen, Wärme aus Region 1 in den Weltraum abzuleiten, um sie abzukühlen und die Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten.

Beachten Sie, dass alle diese thermischen Bereiche bei JWST gleichzeitig vorhanden sind, obwohl der größte Teil der Elektronik ziemlich warm gehalten wird. Zwischen 4 Kryo-Vakuum-Tests und einem thermischen Vakuum-Test wurden die Hauptkomponenten von all diesen erfolgreich getestet.

@GremlinWranger: In Bezug auf Temperaturwechsel und Zinnwhisker verlangt die NASA (und damit auch ihre Vertragspartner) die Verwendung spezifischer Lote und Schutzbeschichtungen, um Zinnwhisker und Paschenentladungen zu verringern. Sobald dort oben und alles auf seine Betriebstemperatur abgekühlt ist, bleiben die verschiedenen Regionen von JWST innerhalb von mehreren Kelvin (für Heizungszyklen und saisonale / orbitale Effekte) auf ihrer Temperatur, sofern keine Zwischenfälle auftreten.

@uhoh: Vielen Dank für das Diagramm und den zitierten Text!

In Bezug auf die Elektronik selbst können viele spezifische Geräte bei recht niedrigen Temperaturen betrieben werden, obwohl sich jede Eigenschaft in Abhängigkeit von der physikalischen Dimension (Widerstand und Kapazität) aufgrund der Kontraktion geringfügig ändert. Einige können dies jedoch ausdrücklich nicht.

Batterien hängen von chemischen Reaktionen ab, die sich gegen den absoluten Nullpunkt verlangsamen und wenn alle Elemente eingefroren sind. Hochleistungsbatterien haben auch Mikrostrukturen, die zerstört werden können, wenn sich durch Einfrieren Eiskristalle bilden. Diese Störung kann beim erneuten Auftauen zu Kurzschlüssen führen.

Einige hochwertige Kondensatoren enthalten einen flüssigen Elektrolyt, der ähnliche Ergebnisse wie Batterien in gefrorenem und aufgetautem Zustand erzielt. Sie können im Allgemeinen gegen eine Gewichtsstrafe gegen Sorten mit geringerer Kapazität ausgetauscht werden.

Halbleiter ändern ihre Eigenschaften auf verschiedene Weise mit der Temperatur. Insbesondere steigt der Widerstand im eingeschalteten Zustand bei niedrigen Temperaturen an. Dies kann erreicht werden, indem die Dotierung der Teile geändert und so konstruiert wird, dass das Teil mit einer Vielzahl von Parametern funktioniert. Dies erhöht jedoch die Größe, das Gewicht, den Stromverbrauch und die Komplexität des Designs. Dies schließt eine Hochleistungsverarbeitung bei sehr niedrigen Temperaturen so gut wie aus, aber Sensoren und grundlegende Signalkonditionierung sind möglich.

Hochleistungselektronikteile beinhalten eine Reihe verschiedener Materialien (mit unterschiedlichen Expansionskoeffizienten) in elektrischem Kontakt mit jedem andere, wie in Hobbes 'Antwort erwähnt, führen durch wiederholtes Radfahren im Laufe der Zeit zu Fehlern, wenn diese lose Verbindung bestehen. Dies kann durch sorgfältiges Design reduziert werden, beinhaltet jedoch eine Erhöhung des Gewichts und der Komplexität. Es wird auch angenommen, dass Temperaturzyklen an Zinnwhiskern beteiligt sind, die alle möglichen komplexen Probleme verursachen können.