Het gebruik van temperatuurbewakingsapparatuur en koelmethoden, zoals geforceerde luchtstroom, is een vorm van thermische controle. Verschillende door NASA gelanceerde pods en stations zijn uitgerust met ultramoderne thermische controles, maar heb je je ooit afgevraagd waarom deze essentieel zijn voor het internationale ruimtestation?
Zonder thermische controle zou de temperatuur van het internationale ruimtestation stijgen tot 250 graden Fahrenheit in de zon en dalen tot min 250 graden Fahrenheit in de schaduw.
Wat is het belang van thermische controles op het internationale ruimtestation?
De thermische controlesystemen van het International Space Station (ISS) balanceren de diepe bevriezing van de ruimte en de laaiende hitte van de zon in een vreemde nieuwe wereld waar hete lucht niet opstijgt en warmte niet geleidt.
Zonder thermische controle zou de temperatuur van de naar de zon gerichte zijde van het in een baan om de aarde draaiende ruimtestation 250 graden Fahrenheit of 121 graden Celsius bereiken. Ter vergelijking: thermometers aan de donkere kant zouden kelderen tot min 250 graden Fahrenheit of -157 graden Celsius.
Gelukkig voor de bemanning en alle hardware van het station, is het ISS ontworpen en gebouwd met thermische balans. Het is uitgerust met een thermisch regelsysteem dat de astronauten koel en comfortabel houdt in hun baan om de aarde. (Bron: NASA)
Wat is de meerlaagse isolatie (MLI)?
Isolatie is de eerste ontwerpoverweging voor thermische controle, omdat het warmte binnen houdt voor warmte en buiten voor koeling. Omgevingswarmte wordt in de lucht op aarde voornamelijk overgedragen door geleiding of de botsingen tussen individuele luchtmoleculen. Terwijl convectie de circulatie of bulkbeweging van lucht is.
Dit is de reden waarom u uw huis in principe kunt isoleren met behulp van de lucht die in uw isolatie zit. Lucht is een slechte warmtegeleider en de vezels van de woningisolatie die de lucht vasthouden, minimaliseren nog steeds convectie. In de ruimte is er geen lucht voor geleiding of convectie.
Andrew Hong, ingenieur en specialist in thermische controle bij het Johnson Space Center van NASA
De omgeving in de ruimte wordt gedomineerd door straling. Objecten worden warm door zonlicht te absorberen en afkoelen door infraroodstraling die voor het blote oog onzichtbare energie uitstraalt.
Als gevolg hiervan lijkt de isolatie van het internationale ruimtestation niet op de pluizige mat van roze vezels die in de meeste huizen op aarde te vinden is. In plaats daarvan is de isolatie van het station een sterk reflecterende deken gemaakt van Mylar en dacron genaamd Multi-Layer Insulation (of MLI).
De Mylar is gealuminiseerd zodat thermische zonnestraling er niet doorheen kan. Lagen dacronstof houden de Mylar-vellen gescheiden, wat voorkomt dat warmte tussen de lagen wordt geleid. Dit zorgt ervoor dat straling de meest dominante methode voor warmteoverdracht door de deken zal zijn. Ramen zijn een enorm warmtelek, maar astronauten hebben ze nodig voor ergonomie en ook voor hun onderzoek. Het is iets waar we omheen moeten ontwerpen.
Andrew Hong, ingenieur en specialist in thermische controle bij het Johnson Space Center van NASA
Behalve de ramen, wordt het grootste deel van het ISS door de MLI tegen straling beschermd. De MLI-isolatie heeft een tweeledig doel: het houdt zonnestraling buiten en voorkomt tegelijkertijd dat de harde kou van de ruimte de metalen huid van het station binnendringt.
Het presteert zo goed dat het ISS ingenieurs voor een nieuwe thermische uitdaging stelt: omgaan met interne temperaturen die constant stijgen in dit supergeïsoleerde, in een baan om de aarde draaiende laboratorium vol met verschillende warmteproducerende instrumenten.
Zonne-energie wordt gebruikt om de avionica, elektronica en andere systemen van het ISS van stroom te voorzien. Ze genereren allemaal warmte en er moet iets worden gedaan om het overschot te elimineren. Warmtewisselaars zijn de meest basale oplossing. Het Active Thermal Control System, of kortweg ATCS, is ontworpen om warmte uit het ruimteschip te verwijderen. (Bron: NASA)