L'uso di dispositivi di monitoraggio della temperatura e metodi di raffreddamento, come il flusso d'aria forzato, è una forma di controllo termico. Diversi pod e stazioni lanciati dalla NASA sono dotati di controlli termici all'avanguardia, ma ti sei mai chiesto perché questi sono essenziali per la Stazione Spaziale Internazionale?
Senza i controlli termici, la temperatura della stazione spaziale internazionale salirebbe a 250 gradi Fahrenheit al sole e precipiterebbe a meno 250 gradi Fahrenheit all'ombra.
Qual è l'importanza di disporre di controlli termici sulla Stazione Spaziale Internazionale necessari?
I sistemi di controllo termico della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) bilanciano il congelamento profondo dello spazio e il calore ardente del Sole in uno strano nuovo mondo in cui l'aria calda non sale e il calore non conduce.
Senza controlli termici, la temperatura del lato rivolto verso il Sole della Stazione Spaziale in orbita raggiungerebbe i 250 gradi Fahrenheit o 121 gradi Celsius. In confronto, i termometri sul lato oscuro precipiterebbero a meno 250 gradi Fahrenheit o -157 gradi Celsius.
Fortunatamente per l'equipaggio e tutto l'hardware della Stazione, la ISS è stata progettata e costruita con equilibrio termico. È dotato di un sistema di controllo termico che mantiene gli astronauti freschi e a proprio agio nella loro casa in orbita. (Fonte: NASA)
Che cos'è l'isolamento multistrato (MLI)?
L'isolamento è la prima considerazione di progettazione per il controllo termico, poiché mantiene il calore all'interno per riscaldarsi e fuori per il raffreddamento. Il calore ambientale viene trasferito nell'aria sulla Terra principalmente attraverso la conduzione o le collisioni tra le singole molecole d'aria. Mentre la convezione è la circolazione o il movimento di massa dell'aria.
Questo è il motivo per cui puoi isolare la tua casa fondamentalmente usando l'aria intrappolata all'interno del tuo isolamento. L'aria è un cattivo conduttore di calore e le fibre dell'isolamento domestico che trattengono l'aria riducono al minimo la convezione. Nello spazio non c'è aria per conduzione o convezione.
Andrew Hong, ingegnere e specialista in controllo termico presso il Johnson Space Center della NASA
L'ambiente nello spazio è dominato dalle radiazioni. Gli oggetti si riscaldano assorbendo la luce solare e raffreddandosi tramite l'emissione di energia a infrarossi, invisibile ad occhio nudo.
Di conseguenza, l'isolamento della Stazione Spaziale Internazionale non assomiglia al soffice materassino di fibre rosa che si trova nella maggior parte delle case sulla Terra. Invece, l'isolamento della stazione è una coperta altamente riflettente in Mylar e dacron chiamata Multi-Layer Insulation (o MLI).
Il Mylar è alluminato in modo che la radiazione solare termica non possa attraversarlo. Strati di tessuto dacron mantengono separati i fogli di Mylar, impedendo che il calore venga condotto tra gli strati. Ciò garantisce che la radiazione sia il metodo di trasferimento del calore più dominante attraverso la coperta. Le finestre sono un'enorme perdita di calore, ma gli astronauti ne hanno bisogno per l'ergonomia e anche per la loro ricerca. È qualcosa su cui dobbiamo progettare.
Andrew Hong, ingegnere e specialista in controllo termico presso il Johnson Space Center della NASA
Fatta eccezione per le sue finestre, la maggior parte della ISS è protetta dalle radiazioni dall'MLI. L'isolamento MLI ha un duplice scopo: impedisce la radiazione solare e allo stesso tempo impedisce al freddo rigido dello spazio di penetrare nella pelle metallica della stazione.
Funziona così bene che la ISS presenta agli ingegneri una nuova sfida termica: affrontare le temperature interne in costante aumento all'interno di questo laboratorio orbitante super isolato pieno di vari strumenti che producono calore.
L'energia solare viene utilizzata per alimentare l'avionica, l'elettronica e altri sistemi della ISS. Tutti generano calore e bisogna fare qualcosa per eliminare l'eccesso. Gli scambiatori di calore sono la soluzione più semplice. Il sistema di controllo termico attivo, o ATCS in breve, è stato progettato per rimuovere il calore dall'astronave. (Fonte: NASA)