Der Einsatz von Temperaturüberwachungsgeräten und Kühlmethoden, wie erzwungener Luftstrom, ist eine Form der thermischen Kontrolle. Mehrere von der NASA gestartete Kapseln und Stationen sind mit hochmodernen thermischen Kontrollen ausgestattet, aber haben Sie sich jemals gefragt, warum diese für die Internationale Raumstation unverzichtbar sind?

Ohne thermische Kontrollen würde die Temperatur der Internationalen Raumstation auf 250 Grad Fahrenheit in der Sonne steigen und im Schatten auf minus 250 Grad Fahrenheit fallen.

Warum sind thermische Kontrollen auf der Internationalen Raumstation notwendig?

Die thermischen Kontrollsysteme der Internationalen Raumstation (ISS) gleichen die eisige Kälte des Weltraums und die sengende Hitze der Sonne in einer seltsamen neuen Welt aus, in der warme Luft nicht aufsteigt und Wärme nicht leitet.

Ohne thermische Kontrollen würde die Temperatur der sonnenzugewandten Seite der umkreisenden Raumstation 250 Grad Fahrenheit bzw. 121 Grad Celsius erreichen. Im Vergleich dazu würden die Thermometer auf der dunklen Seite auf minus 250 Grad Fahrenheit bzw. -157 Grad Celsius fallen. 

Glücklicherweise für die Besatzung und die gesamte Hardware der Station wurde die ISS mit thermischer Balance entworfen und gebaut. Sie ist mit einem thermischen Kontrollsystem ausgestattet, das die Astronauten in ihrem umkreisenden Zuhause kühl und komfortabel hält. (Quelle: NASA)

Was ist die Mehrschichtisolierung (MLI)?

Isolierung ist die erste Designüberlegung für die thermische Kontrolle, da sie Wärme zum Heizen zurückhält und zum Kühlen abführt. Umweltwärme wird in der Luft auf der Erde hauptsächlich durch Leitung, also Kollisionen zwischen einzelnen Luftmolekülen, übertragen. Konvektion hingegen ist die Zirkulation oder Massenbewegung der Luft.

Deshalb können Sie Ihr Haus im Grunde mit der in der Isolierung eingeschlossenen Luft isolieren. Luft ist ein schlechter Wärmeleiter, und die Fasern der Hausisolierung, die die Luft zurückhalten, minimieren die Konvektion. Im Weltraum gibt es keine Luft für Leitung oder Konvektion.

Andrew Hong, Ingenieur und Thermalkontrollspezialist am Johnson Space Center der NASA

Die Umgebung im Weltraum wird von Strahlung dominiert. Objekte erwärmen sich, indem sie Sonnenlicht absorbieren, und kühlen ab, indem sie Infrarotenergie abgeben, die für das bloße Auge unsichtbar ist.

Infolgedessen ähnelt die Isolierung der Internationalen Raumstation nicht der flauschigen Matte aus rosa Fasern, die in den meisten Häusern auf der Erde zu finden ist. Stattdessen ist die Isolierung der Station eine hochreflektierende Decke aus Mylar und Dacron, die Mehrschichtisolierung (oder MLI) genannt wird.

Das Mylar ist aluminisiert, sodass solare thermische Strahlung nicht hindurchdringen kann. Schichten aus Dacron‑Gewebe halten die Mylar‑Folien getrennt, was verhindert, dass Wärme zwischen den Schichten geleitet wird. Damit ist Strahlung die dominierende Wärmeübertragungsart durch die Decke. Fenster sind ein enormer Wärmeverlust, aber Astronauten benötigen sie aus ergonomischen Gründen und für ihre Forschung. Das ist etwas, worum wir herumdesignen müssen.

Andrew Hong, Ingenieur und Spezialist für Thermalkontrolle am Johnson Space Center der NASA

Abgesehen von den Fenstern ist der größte Teil der ISS durch die MLI vor Strahlung geschützt. Die MLI‑Isolierung erfüllt einen doppelten Zweck: Sie hält die Sonnenstrahlung fern und verhindert gleichzeitig, dass die harsche Kälte des Weltraums die Metallhülle der Station durchdringt.

Sie funktioniert so gut, dass die ISS den Ingenieuren eine neue thermische Herausforderung stellt: die ständig steigenden Innentemperaturen in diesem superisolierten, umkreisenden Labor, das mit verschiedenen wärmeerzeugenden Instrumenten gefüllt ist.
Sonnenenergie wird genutzt, um die Avionik, Elektronik und andere Systeme der ISS zu betreiben. Sie erzeugen alle Wärme, und es muss etwas unternommen werden, um den Überschuss zu beseitigen. Wärmetauscher sind die grundlegendste Lösung. Das Aktive Thermalkontrollsystem, kurz ATCS, wurde entwickelt, um Wärme aus dem Raumschiff zu entfernen. (Quelle: NASA)