Wie wir aus einer überraschenden Folge des Kirchhoffschen Wärmestrahlungsgesetzes wissen, absorbieren dunklere* Objekte mehr Licht (und damit Energie), dunklere Objekte strahlen auch mehr Licht (bei niedrigeren Temperaturen im Infrarotbereich) und damit Energie ab.
Betrachten Sie das folgende Foto der ISS:
Internationale Raumstation, fotografiert von einem STS-134-Besatzungsmitglied des Space Shuttle Endeavour am 29. Mai 2011. Bildnachweis: NASA
Ich zähle zehn Heizkörper, alle hell oder metallisch. Die gleiche Art von Material erscheint auf den Kühlern des Space Shuttles, die sich auf der Innenseite der Nutzlasttüren befinden:
Das Space Shuttle Endeavour nähert sich der ISS während STS-118 am 10. August 2007. Bildnachweis: NASA
Was mir das sagt, ist, dass diese Heizkörper ineffizient sind.
Bei der Recherche zu dieser Frage habe ich festgestellt, dass der Konsens des Internets für terrestrische Heizkörper (z. B. zum Heizen) darin besteht, dass sich eine dunkle Beschichtung nicht lohnt: Verwenden Sie einfach einen größeren Heizkörper und bei Vorhandensein einer Atmosphäre die meiste Wärmeübertragung ist sowieso durch Konvektion.
Im Weltraum ist Effizienz jedoch von größter Bedeutung. Jemand muss all diese Paneele überprüfen, sie reparieren, Schäden wenn möglich reparieren usw. – ganz zu schweigen davon, all diese wertvollen Gramm überhaupt erst in den Orbit zu schleppen. Wenn Sie, sagen wir, eine Kohlenstoffnanoröhrenschicht darauf legen und eine weniger verwenden könnten, würden Sie nicht?
Meine Frage lautet also: Warum sind Heizkörper bei den speziellen Beispielen der ISS und des Space Shuttles nicht pechschwarz?
* Hinweis: dunkler ist hier nicht unbedingt im sichtbaren Bereich. Wenn diese Platten zum Beispiel eine niedrige Albedo im nicht sichtbaren Bereich haben, dann könnte das besser sein als ein schwärzeres Material mit einer höheren Albedo im nicht sichtbaren Bereich. Das würde sicherlich diese Heizkörper erklären.
Das Kirchhoffsche Gesetz gilt nur für Objekte im Strahlungsgleichgewicht. Das Emissionsvermögen und das Absorptionsvermögen eines Materials sind für eine bestimmte Wellenlänge gleich, können jedoch für verschiedene Wellenlängen dramatisch variieren.
Die Strahler eines Raumfahrzeugs befinden sich nicht im Strahlungsgleichgewicht, da sie Wärme durch Strahlung verlieren. Sie geben Wärme im langwelligen Infrarotspektrum ab, empfangen aber Wärmeenergie (von der Sonne) im kurzwelligen Infrarot-, sichtbaren und UV-Bereich des Spektrums. (Sie empfangen auch langwelliges IR von der Erde, aber die Menge beträgt nur etwa 250 W/m 2 gegenüber 1300 W/m 2 für Sonnenlicht.) Dies bedeutet, dass der effektive Emissionsgrad und der Absorptionsgrad unterschiedlich sein können, während die Strahler in Betrieb sind.
Die Strahler auf der ISS sind eine weiße Farbe mit hohem Emissionsvermögen, was bedeutet, dass sie im Infrarotspektrum, in dem die Wärme abgegeben wird, dunkel sind. Sie sind im sichtbaren Spektrum weiß, um das Sonnenlicht zu reflektieren.
Die Radiatoren des Shuttles sind zweischichtig beschichtet: eine silberne reflektierende Schicht, die von einem dünnen Teflonfilm bedeckt ist. Die Teflonschicht ist für Infrarotlicht undurchlässig, sodass der hohe Emissionsgrad von Teflon dominiert. Sichtbares Licht durchdringt die Teflonschicht und wird von der Silberschicht reflektiert, sodass die Sonnenabsorption gering ist.
Die Radiatoren auf dem Shuttle sind direkterem Sonnenlicht ausgesetzt (die Radiatoren auf der ISS drehen sich so, dass sie normalerweise nahe an der Kante der Sonne stehen), weshalb sie das leistungsstärkere, aber teurere zweischichtige Design verwenden.
Andy
GdD
Juancho
Rikki-Tikki-Tavi
Nathan Tuggy