Het gebruik van temperatuurbewakingsapparaten en koelingsmethoden, zoals geforceerde luchtstroom, is een vorm van thermische controle. Verschillende pods en stations die door NASA zijn gelanceerd, zijn uitgerust met geavanceerde thermische controles, maar heb je je ooit afgevraagd waarom deze essentieel zijn voor het International Space Station?
Zonder thermische controles zou de temperatuur van het International Space Station 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 International Space Station?
De thermische controlesystemen van het International Space Station (ISS) balanceren de ijskoude kou van de ruimte en de brandende hitte van de zon in een vreemde nieuwe wereld waar warme lucht niet opstijgt en warmte niet geleidt.
Zonder thermische controles zou de temperatuur van de zongerichte kant van het baanvoerende ruimtestation 250 graden Fahrenheit of 121 graden Celsius bereiken. Ter vergelijking zou de temperatuur aan de donkere kant dalen tot min 250 graden Fahrenheit of -157 graden Celsius.
Gelukkig voor de bemanning en al de hardware van het station is de ISS ontworpen en gebouwd met thermisch evenwicht. Het is uitgerust met een thermisch controlesysteem dat de astronauten koel en comfortabel houdt in hun baanhuis. (Bron: NASA)
Wat is de meerlagige isolatie (MLI)?
Isolatie is de eerste ontwerpoverweging voor thermische controle, omdat het warmte binnenhoudt voor verwarming en buiten houdt voor koeling. Milieuweer wordt op aarde via de lucht voornamelijk overgedragen door geleiding of de botsingen tussen individuele luchtmoleculen. Convectie daarentegen is de circulatie of massabeweging van lucht.
Dit is waarom je je huis in principe kunt isoleren met de lucht die gevangen zit in je isolatie. Lucht is een slechte geleider van warmte, en de vezels van huisisolatie die de lucht stilhouden minimaliseren convectie. In de ruimte is er geen lucht voor geleiding of convectie.
Andrew Hong, Ingenieur en Thermische Controle Specialist bij NASA's Johnson Space Center
De omgeving in de ruimte wordt gedomineerd door straling. Objecten warmen op door zonlicht te absorberen en koelen af door infrarode energie uit te stralen, onzichtbaar voor het blote oog.
Als gevolg hiervan lijkt de isolatie van het International Space Station 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 reflecterend deken van Mylar en dacron, genaamd meerlagige isolatie (MLI).
De Mylar is gealuminiumiseerd zodat zonne-thermische straling er niet doorheen kan komen. Lagen van dacronstof houden de Mylarvellen gescheiden, waardoor warmte niet tussen de lagen wordt geleid. Dit zorgt ervoor dat straling de meest dominante warmteoverdrachtsmethode door de deken zal zijn. Ramen vormen een enorme warmtelek, maar astronauten hebben ze nodig voor ergonomie en ook voor hun onderzoek. Het is iets waar we rekening mee moeten houden in het ontwerp.
Andrew Hong, ingenieur en specialist in thermische controle bij NASA’s Johnson Space Center
Afgezien van de ramen is het grootste deel van het ISS beschermd tegen straling door de MLI. De MLI-isolatie heeft een dubbele functie: hij houdt zonnestraling buiten en voorkomt tevens dat de barre kou van de ruimte de metalen huid van het station binnendringt.
Hij werkt zo goed dat het ISS ingenieurs voor een nieuwe thermische uitdaging stelt: omgaan met intern temperaturen die constant stijgen in dit supergeïsoleerde baanlaboratorium 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 gedaan worden om het overschot te verwijderen. Warmtewisselaars zijn de meest eenvoudige oplossing. Het Active Thermal Control System, of kortweg ATCS, is ontworpen om warmte uit het ruimteschip te verwijderen. (Source: NASA)
