Die meisten Menschen gehen davon aus, dass der Weltraum aufgrund seines Vakuums von Natur aus kalt ist. Diese Logik scheint vernünftig genug zu sein. Wenn ein Vakuum wie die größte Thermoskanne der Welt wirkt und die Wärme im Inneren einfängt, wie wird dann in dieser Umgebung etwas kühl? Die Antwort liegt in der Tatsache, dass der Weltraum nicht nur leer ist; es ist eine Wärmefalle.
Raumfahrzeuge erzeugen enorme Mengen an Wärmeenergie. Diese Wärme stammt von Elektronik, Brennstoffzellen, Raketentriebwerken und direkter Sonneneinstrahlung. Wenn diese Energie nirgendwo hingehen kann, kocht das Handwerk von selbst. Das Vakuum des Weltraums verhindert, dass Wärme durch Leitung oder Konvektion entweicht. Es gibt keine Luft, die Wärme abtransportiert. Sie können keinen Ventilator anblasen, um einen Satelliten zu kühlen.
Ingenieure lösen dieses Problem, indem sie das Raumschiff selbst in einen Kühler verwandeln. Sie sind ausschließlich auf Wärmestrahlung angewiesen.
Die Mechanik der Strahlungskühlung
Auf der Erde funktionieren Heizkörper über zwei Hauptkanäle: Strahlung und Konvektion. Sie können einen heißen Autokühler berühren und die Hitze spüren. Sie können auch einen Ventilator verwenden, um Luft über die Lamellen zu blasen und die Wärme abzuleiten. Im Orbit ist Konvektion unmöglich. Es gibt keine Luft.
Das bedeutet, dass Weltraumstrahler deutlich größer sein müssen als ihre terrestrischen Gegenstücke. Sie müssen effizient genug sein, um Wärme nur mithilfe von Infrarotstrahlung abzuleiten.
Denken Sie an Skylab. Die Station war mit einer Goldbeschichtung versehen, die speziell dafür entwickelt wurde, die Infrarotstrahlung der Sonne zu reflektieren. Außerdem verfügte es über große Heizkörper, um die von seinen Systemen erzeugte Wärme abzuleiten. Das Gold sah nicht nur auffällig aus. Es handelte sich um eine Wärmemanagementstrategie.
Das Space Shuttle verfolgte einen anderen Ansatz zur Lösung desselben Problems. Die Laderaumtüren waren mit Kühlerverkleidungen ausgekleidet. Sobald das Shuttle die Umlaufbahn erreichte, würde die Besatzung diese Türen öffnen. Dadurch wurden die Heizkörper der Kälte des Weltraums ausgesetzt, wodurch die Wärme in den Weltraum abgestrahlt werden konnte. Es handelte sich um eine unmittelbare, manuelle Reaktion auf eine bevorstehende thermische Krise.
Warum Astronauten immer noch frieren
Wenn ein Vakuum ein so wirksamer Isolator ist, warum beschweren sich Astronauten dann über kalte Finger bei Weltraumspaziergängen? Die Physik der Wärmeübertragung im Vakuum schafft ein Paradoxon.
Während der Raum selbst keine Wärme leitet, verliert Ihr Körper durch Strahlung schnell Wärme. Ihre Haut strahlt Infrarotenergie in das umgebende Vakuum ab. In einer Thermoskanne wird diese Strahlung von den Wänden reflektiert und bleibt dort. Im Weltraum wandert es ohne Rückkehr nach außen.
Darüber hinaus absorbieren Sie bei direkter Sonneneinstrahlung enorme Energiemengen. Wenn Sie sich im Schatten befinden, verlieren Sie Energie. Der Temperaturunterschied zwischen der der Sonne zugewandten Seite und der Schattenseite eines Raumanzugs ist extrem. Ihre Finger verlieren als Extremitäten mit geringerer Durchblutung schneller Wärme als Ihr Kern. Die Wärmeregulierungssysteme des Anzugs müssen sich ständig anpassen, um Frostschäden an den Gliedmaßen und gleichzeitig eine Überhitzung des Rumpfes zu verhindern.
Das Problem des „kalten Fingers“ verdeutlicht eine entscheidende Wahrheit über die Raumgestaltung. Auf die Umgebungstemperatur kann man sich nicht verlassen. Sie müssen Strahlung berücksichtigen.
Praktische Erkenntnisse für die Erdtechnik
Für die Hochleistungsisolierung auf der Erde gelten die Prinzipien der Luft- und Raumfahrt. Wenn Sie an Hausrenovierungs- oder Heimwerkerprojekten mit thermischer Effizienz arbeiten, denken Sie daran, dass die Blockierung von Konvektion und Wärmeleitung nur die halbe Miete ist. Sie müssen auch die Strahlungswärmeübertragung berücksichtigen.
Materialien mit hohem Emissionsgrad strahlen Wärme gut ab. Materialien mit hohem Reflexionsvermögen blockieren es. Aus diesem Grund sind Strahlungsbarrieren im Dachgeschoss häufig mit Aluminiumfolie ausgestattet. Sie reflektieren Strahlungswärme zurück
