Sind schwarze und weiße Streifen für die Wärmekontrolle besser als einheitliches Grau?

Question

Sind schwarze und weiße Streifen für die Wärmekontrolle besser als einheitliches Grau?

Kosmos
Design
Geschichte
Thermal-
thermische Kontrolle

äh

F: Welche Farbe hat ein Raumschiff?

A: Schwarzweiß und (infra)rot überall .

Mehrere Antworten und Kommentare zu Warum waren Europas erste Satelliten so stilvoll? Warum die ausgeprägten abwechselnd weißen und schwarzen Streifen? Ausdrücke wie "Thermokontrolle" enthalten.

Dies ist zurück, bevor ausgefallene Materialien gleichzeitig sowohl ein hohes thermisches Infrarotemissionsvermögen als auch eine hohe Albedo für sichtbares Licht aufweisen konnten. (siehe Antworten auf Warum haben RTGs unterschiedliche Farben? )

Aber ich kann nicht verstehen, warum das abwechselnde Hoch/Niedrig und Niedrig/Hoch ( $\epsilon/a$ ) ^† Streifen wären besser, als nur einen grauen Anstrich aufzutragen. Gab es damals einfach keine graue „Weltraumfarbe“ und die Streifen waren also eine Notlösung? Oder gab es einige thermische oder andere Raumfahrt- oder Testvorteile, die Streifen gegenüber einem einfarbigen Grau hatten?

^† $\epsilon_{ir}/a_{vis}$ wäre thermisches Infrarot-Emissionsvermögen und Albedo-Paare für sichtbares Licht, die jedoch nicht als einfaches Verhältnis gemeint sind. Für eine Gleichung, die diese verwendet, suchen Sie auf dieser Seite nach " sphärische Kuhtemperatur ".

Schamlos von Bildern in dieser Frage und Antwort (en) abgeschnitten :

Bei anderen Satelliten wie Explorer 3 halten reflektierende Oxidstreifen die durchschnittliche Innentemperatur innerhalb vernünftiger Grenzen; 30 und 100 Grad Fahrenheit.

Eine besser archivierte Version des Videos finden Sie hier

Vince 49

Ich glaube nicht, dass ich auf diese Frage eine brauchbare Antwort geben kann. Die Dinge haben sich im letzten halben Jahrhundert erheblich verändert und die Anforderungen an die Beschichtung von Raumfahrzeugen sind komplexer geworden. Ich habe meiner Antwort auf die ursprüngliche Frage einen Absatz über die neuen Beschichtungsprobleme hinzugefügt.

äh

@Vince49 danke! Ja, ich denke, das ist anders - eine Frage genug, die hier separat gestellt werden sollte.

Wayne Konrad

Reine Spekulation, also keine Antwort, aber: Was ist, wenn ich eine Farbe habe, die weniger emissiv ist als ich brauche, und eine, die mehr ist, und aus irgendeinem Grund wird es nicht funktionieren, sie zu mischen, um den benötigten Emissionsgrad zu erhalten? In ähnlicher Weise habe ich vielleicht die unbeschichtete Oberfläche und eine Farbe, aber das gleiche Problem: Eine ist stärker emittierend als ich brauche, und eine weniger. Eine tatsächliche Antwort in diese Richtung würde erklären, warum die beiden Farben beispielsweise nicht gemischt werden können. Ich wünschte, ich wüsste es, großartige Frage.

äh

@WayneConrad jetzt reden wir! Die Gleichgewichtstemperaturgleichung, die ich hier angenähert habe, ist zu einfach. Es berücksichtigt nicht, dass 1) nur die sonnenbeschienene Seite Sonnenlicht erhält, aber beide Seiten strahlen und 2) das Objekt irgendwann in die Sonnenfinsternis gerät, wenn es auch nur strahlt, und vielleicht sind diese Geschwindigkeiten und Arbeitszyklen wichtig.

äh

@WayneConrad Für meine einfache Gleichung

T \sim {(\frac{(1 - A_{v ich S})}{e_{ich R}} \frac{{ICH}_{S u N}}{4 σ})}^{1 / 4}

$T \sim \left( \frac{(1-a_{vis})}{e_{ir}} \frac{I_{Sun}}{4 \sigma} \right)^{1/4}$ jedes Paar

(1 - a) / e = c o n s t

$(1-a)/e=const$ gibt die gleiche Temperatur, aber in Wirklichkeit ist vielleicht der zusätzliche Grad an Fredome-Streifen wichtig.

Anton Hengst

Selbst wenn das Mischen diesen mittleren Emissionsgrad erreicht, kann ich mir vorstellen, dass es einfacher ist, den Emissionsgrad während des Tests zu optimieren, indem man nach Bedarf mehr weiße oder schwarze Flecken hinzufügt , anstatt eine neue Charge Grau mit einer etwas anderen Zusammensetzung neu mischen zu müssen.

äh

@AntonHengst Ich habe die Vermutung, dass dies der Schlüssel dazu ist. Die Auswahl / Anpassung des Arbeitszyklus ermöglicht eine Feinabstimmung, nachdem die Eigenschaften jedes Films charakterisiert wurden.

Organischer Marmor

Schauen Sie sich das Mercury-Kapsel-Retropack bei der NASM an, es ist auch herrlich gestreift data4.primeportal.net/space/miles_lumbard/mercury_retro_pack/…

äh

@OrganicMarble die sind wunderschön! Das Heranzoomen jedes einzelnen erinnert daran, wie die Technologie damals aussah (Drähte, Anschlüsse usw.) und die "handgefertigten Details", die gemacht wurden, weil alles neu war und es zu dieser Zeit keine Standard-Fertigungswerkzeuge für Raumschiffe gab. In data4.primeportal.net/space/miles_lumbard/mercury_retro_pack/… sieht es bei Betrachtung des großen kreisförmigen Lochs in der Mitte so aus, als wären die schwarzen Streifen sprühbeschichtet, da die Kanten in bestimmten Bereichen diffus werden. Ich werde wahrscheinlich eine Frage zum Hitzeschild stellen ...

äh

@OrganicMarble Ich habe gerade nach Merkur-Hitzeschildern gefragt; Materialzusammensetzung, Herstellungsprozess und Erklärung all dieser konzentrischen Grate?

Antworten (1)

Sind schwarze und weiße Streifen für die Wärmekontrolle besser als einheitliches Grau?

Ich glaube nicht, dass ich auf diese Frage eine brauchbare Antwort geben kann. Die Dinge haben sich im letzten halben Jahrhundert erheblich verändert und die Anforderungen an die Beschichtung von Raumfahrzeugen sind komplexer geworden. Ich habe meiner Antwort auf die ursprüngliche Frage einen Absatz über die neuen Beschichtungsprobleme hinzugefügt.
@Vince49 danke! Ja, ich denke, das ist anders - eine Frage genug, die hier separat gestellt werden sollte.
Reine Spekulation, also keine Antwort, aber: Was ist, wenn ich eine Farbe habe, die weniger emissiv ist als ich brauche, und eine, die mehr ist, und aus irgendeinem Grund wird es nicht funktionieren, sie zu mischen, um den benötigten Emissionsgrad zu erhalten? In ähnlicher Weise habe ich vielleicht die unbeschichtete Oberfläche und eine Farbe, aber das gleiche Problem: Eine ist stärker emittierend als ich brauche, und eine weniger. Eine tatsächliche Antwort in diese Richtung würde erklären, warum die beiden Farben beispielsweise nicht gemischt werden können. Ich wünschte, ich wüsste es, großartige Frage.
@WayneConrad jetzt reden wir! Die Gleichgewichtstemperaturgleichung, die ich hier angenähert habe, ist zu einfach. Es berücksichtigt nicht, dass 1) nur die sonnenbeschienene Seite Sonnenlicht erhält, aber beide Seiten strahlen und 2) das Objekt irgendwann in die Sonnenfinsternis gerät, wenn es auch nur strahlt, und vielleicht sind diese Geschwindigkeiten und Arbeitszyklen wichtig.
@WayneConrad Für meine einfache Gleichung $T \sim {(\frac{(1 - A_{v ich S})}{e_{ich R}} \frac{{ICH}_{S u N}}{4 σ})}^{1 / 4}$ $T \sim \left( \frac{(1-a_{vis})}{e_{ir}} \frac{I_{Sun}}{4 \sigma} \right)^{1/4}$ jedes Paar $(1-a)/e=const$ gibt die gleiche Temperatur, aber in Wirklichkeit ist vielleicht der zusätzliche Grad an Fredome-Streifen wichtig.
Selbst wenn das Mischen diesen mittleren Emissionsgrad erreicht, kann ich mir vorstellen, dass es einfacher ist, den Emissionsgrad während des Tests zu optimieren, indem man nach Bedarf mehr weiße oder schwarze Flecken hinzufügt , anstatt eine neue Charge Grau mit einer etwas anderen Zusammensetzung neu mischen zu müssen.
@AntonHengst Ich habe die Vermutung, dass dies der Schlüssel dazu ist. Die Auswahl / Anpassung des Arbeitszyklus ermöglicht eine Feinabstimmung, nachdem die Eigenschaften jedes Films charakterisiert wurden.
Schauen Sie sich das Mercury-Kapsel-Retropack bei der NASM an, es ist auch herrlich gestreift data4.primeportal.net/space/miles_lumbard/mercury_retro_pack/…
@OrganicMarble die sind wunderschön! Das Heranzoomen jedes einzelnen erinnert daran, wie die Technologie damals aussah (Drähte, Anschlüsse usw.) und die "handgefertigten Details", die gemacht wurden, weil alles neu war und es zu dieser Zeit keine Standard-Fertigungswerkzeuge für Raumschiffe gab. In data4.primeportal.net/space/miles_lumbard/mercury_retro_pack/… sieht es bei Betrachtung des großen kreisförmigen Lochs in der Mitte so aus, als wären die schwarzen Streifen sprühbeschichtet, da die Kanten in bestimmten Bereichen diffus werden. Ich werde wahrscheinlich eine Frage zum Hitzeschild stellen ...
@OrganicMarble Ich habe gerade nach Merkur-Hitzeschildern gefragt; Materialzusammensetzung, Herstellungsprozess und Erklärung all dieser konzentrischen Grate?

Papageientaucher · Answer 1

Hier ist meine Ansicht - ich würde weitere Gedanken zu allem, was ich falsch gemacht habe, begrüßen.

Entwurfspraxis

Bei der Wahl des thermischen Designs muss darauf geachtet werden, wie gut die Materialeigenschaften bekannt sind. zB ist es besser, einen wohlbekannten oder stabilen Parameter zu wählen als einen, dessen nominelle Eigenschaften genau richtig sind.

Ich wäre nicht so kühn zu behaupten, dass dies die Kriterien waren, denen frühe Designer (60er/70er) folgten, obwohl ich in meinen früheren Tagen (in den 90er Jahren) so oft darauf gestoßen bin, dass es plausibel erscheint.

Farbtypen

Es gibt (heutzutage) schwarze Farben, die in Bezug auf lebenslanges Alpha/Epsilon sehr stabil sind. Frühe weiße Farben, zumindest bis in die 90er Jahre, verschlechterten sich im Alpha unter UV-Beleuchtung von 20 % bis zu, glaube ich, 40 %. Allerdings weiß ich nicht, wie bekannt das in den 60er Jahren war. Ich kenne mich mit grauen Farben nicht aus, obwohl ich die Idee, dass für jede Mission ein anderer Farbton gemischt wird, nicht attraktiv finde.

Film

Es ist nicht immer Farbe! Manchmal ist es Film – irdisches Äquivalent zu Plastik mit klebriger Rückseite. Abgesehen davon denke ich, dass ähnliche Pigmentstabilitätseigenschaften wie für Farben gelten.

Synthese

OK, das passt nicht ganz zusammen, aber es scheint plausibel, dass Schwarz und Weiß ausgewählt wurden, da sie verfügbar waren und als gut verstanden angesehen wurden.

Auch der Kommentar von @Anton Hengst zur Flexibilität im Test klingt plausibel. Heutzutage gibt es nicht viel, was in der Thermal-Vakuum-Testphase getrimmt wird, aber es hätte durchaus eine allgemeinere Erwartung in den 60er Jahren sein können.

Sind schwarze und weiße Streifen für die Wärmekontrolle besser als einheitliches Grau?

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Vince 49

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Wayne Konrad

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Anton Hengst

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Organischer Marmor

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Antworten (1)

Papageientaucher

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