Warum haben RTGs unterschiedliche Farben?

Antwort: Die Technologie der Wärmestrahlungsbeschichtung wurde verbessert, sodass sie im sichtbaren Licht nicht mehr gezwungen sind, suboptimal schwarz zu sein. Sie können jetzt weiß sein und einfallendes Sonnenlicht reflektieren, um die thermoelektrische Effizienz zu verbessern, indem sie kühler bleiben.

Die Farbe hat nichts mit der Atmosphäre zu tun. Das hat mit Sonnenschein zu tun!

Das MMRTG von Curiosity erzeugt konstant etwa 2 kW Leistung. Ein kleiner Teil der Wärme wird durch Umwandlung in Elektrizität abgeführt und ein Teil wird durch Flüssigkeit in Rohren abgeführt, um das Innere des Rovers in kalten Nächten zu wärmen.

Die Effizienz der thermoelektrischen Umwandlung hängt davon ab, dass die Kühlrippen wirksam bleiben, um Wärme abzuleiten. Wenn die Flossen schwarz wären, würden sie das Sonnenlicht effizient absorbieren und heißer werden. Das Informationsblatt Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG) gibt die Größe mit 64 x 66 cm an, ein schwarzes Quadrat dieser Größe, das bis zu 200 Watt Erwärmung durch Sonnenlicht auf dem Mars erhalten könnte, und das wäre ein ernsthafter Effizienzeinbruch.

Der Grund dafür, dass moderne RTGs wie das MMRTG im sichtbaren Licht weiß aussehen, ist, dass sie nicht durch Sonnenlicht aufgeheizt werden.

Es ist wahr, dass das MMRTG mehrere Designmerkmale aufweist, die sich auf die Arbeit in verschiedenen Atmosphären (Planeten und Monde) beziehen, aber die weiße sichtbare Farbe soll verhindern, dass es in der Sonne heiß wird.

Dieses Diagramm erwähnt die Beschichtung Aptek 2711 .

Von diesem Link (Hutspitze zu @DavidHammens Kommentar ):

APTEK 2711 wurde für den Einsatz als wärmeleitfähige Beschichtung entwickelt, bei der eine hervorragende Beständigkeit gegenüber intensiver UV-Lichteinwirkung erforderlich ist.

Total normal emittance (ASTM E-408)
             0.93

Solar absorption vs thickness (ASTM E-903)
               α    mils (0.001 inch)
             0.20        2
             0.185       3
             0.17        4

Hier ist etwas Ähnliches in Kommentaren erwähnt (auch hier zu finden ).

AZ-93: http://www.aztechnology.com/materials-coatings-az-93.html

Durch die Anwendung von AZ-93 entsteht eine nicht spiegelnde weiße Beschichtung, die eine hervorragende thermische Kontrolle/Schutz bietet, indem nur 14–16 % der auf die Außenfläche des Raumfahrzeugs auftreffenden Sonnenstrahlung durch die inneren Systeme absorbiert werden, während 89–93 % davon emittiert werden innere Wärme, die im kalten Vakuum des Weltraums erzeugt wird. Durch die Einarbeitung eines hochstabilisierten Pigmentsystems mit einem Silikatbindemittel bildet dieser Raumfahrzeug-/Satellitenlack eine biegsame Keramikbeschichtung, die immer wieder getestet wurde und sich in der rauen Weltraumumgebung als stabil erwiesen hat. AZ-93 wurde von der NASA einer atomaren Sauerstofffluenz (AO) von 5,6 x 1022 Atomen/cm2, geladener Teilchenstrahlung von 4,5 x 1015 e-/cm2 ausgesetzt,

Es erwähnt

Thermal Emittance (ε_t)    0.91 ± 0.02
Solar Absorptance (α_s)    0.15 ± 0.01 at ≥ 5.0 mils thickness
Use Temperature Range     -180 C to 1400 C

Diese Beschichtungen sind also im sichtbaren Licht „weiß“ mit einem Reflexionsgrad von etwa 85 %, aber „schwarz“ im thermischen Infrarot mit einem Emissionsgrad von etwa 0,91 (was auch bedeutet, dass sie nur etwa 9 % reflektieren würden).

Von Radioisotope Power Systems for Space Exploration :

Ein Schnittmodell eines Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG). Die vertikalen roten Blöcke in der Mitte sind einzelne Wärmequellenmodule und die weißen Rippen auf beiden Seiten sind Heizkörper.

Der große Unterschied zwischen den beiden dunkleren RTG-Finnen (Schwarz und Grau) und den weißen RTG-Finnen besteht darin, dass die weißen Flossen für den Einsatz in einer Atmosphäre (Mars) bestimmt waren. Das Vorhandensein einer Atmosphäre, selbst so diffus wie Marsluft, würde eine erhöhte Wärmeübertragung von den RTG-Lamellen durch Konvektion und Leitung ermöglichen, im Vergleich zu weltraumgestützten Versionen, die zur Wärmeübertragung vollständig auf Strahlung angewiesen wären.

Die Strahlungswärmeübertragung wird durch die Farbe beeinflusst und ist wahrscheinlich der Grund für die Farbunterschiede.

Ich werde einige der Punkte in anderen Antworten weiter ausführen und zusätzliche Hintergrundinformationen liefern.

Um es so einfach wie möglich auszudrücken, eine gute weiße Raumfahrzeugfarbe wie AZ93 (ZnO-Pigment in einem Silikatbindemittel) ist im sichtbaren Bereich, wo Ihr Auge reagiert, sehr weiß. Auch dort, wo sich die meiste Energie der Sonne befindet. Die weiße Farbe reflektiert also das Sonnenlicht, absorbiert aber nur eine geringe Menge (etwa 10 bis 15 %). Wichtig ist nun, dass im infraroten Wellenlängenbereich, in dem Sie nicht sehen können, die weiße Farbe SCHWARZ ist, wie wirklich schwarz. Es läuft über 90 % Absorption im IR und darüber hinaus (über ein paar Mikrometer hinaus). Die Körperwärme erreicht als Referenz etwa 10 Mikrometer. Eine Absorption von 90 % bedeutet auch, dass im IR die "weiße Farbe oder Beschichtung" auch Strahlung zu etwa 90 % eines idealen schwarzen Strahlers abgibt.

Entschuldigung, aber das kann am Anfang verwirrend sein. Einfach ausgedrückt, welche Energie [bei einer bestimmten Wellenlänge] hineingeht, muss hinausgehen. Bei der gleichen Wellenlänge ist die Absorption gleich der Emittanz; mit anderen Worten, Sie können keine Energie durch Wärmeübertragung erzeugen; es sei denn, Sie wundern sich in das Quantenfeld und dann sind alle Wetten ungültig. Darüber hinaus ist die Schwarzkörperstrahlung eine Funktion der vierfachen Temperatur, daher kann die sichtbare weiße Farbe viel Wärme im Infrarotbereich abgeben. Im Allgemeinen würde ein idealer thermischer Kontrollstrahler das gesamte einfallende Sonnenlicht reflektieren (geringe Sonnenabsorption, hohes Reflexionsvermögen) und im IR strahlen (Schwarzkörperstrahlung mit einer sehr hohen Rate). Weiße Raumfahrzeugfarben sind dafür sehr gut, auch Spiegel der zweiten Oberfläche (Quarzseite freigelegt) und silbernes Teflon (Teflon freigelegt). Ich habe viele gute Schaltpläne, die helfen, dies zu erklären,

Beachten Sie, dass, wenn Sie keinem Sonnenlicht ausgesetzt sind, eine solide schwarze Beschichtung funktioniert, das ist eine gute schwarze Beschichtung/Lackierung. Außerdem muss es in der Weltraumumgebung stabil sein, wie z. B. bei Schäden durch UV-Strahlung, hochenergetische Partikelstrahlung (Elektronen und Protonen) und für LEO-Umlaufbahnen (atomarer Sauerstoff).