Tento problém mate téměř každého, kdo rozumí základní fyzice. Víte, že vakuum je špatný vodič tepla. Působí jako největší termoska na světě. Proto je logické předpokládat, že pokud zachytíte teplo uvnitř kosmické lodi, zůstane tam navždy. Ale kosmické lodě nezůstanou horké. Neustále se zbavují přebytečné tepelné energie. jak to dělají?
Odpověď spočívá v pochopení toho, jak se teplo přenáší, když není k dispozici vzduch, který by ho odnesl.
Radiační chlazení vs. konvekční chlazení
Na Zemi k ochlazení dochází snadno. Máme konvekci. Vzduch se pohybuje. Ventilátory se točí. Voda se vaří. Tyto procesy se spoléhají na médium – plyn nebo kapalinu – k odstranění tepla ze zdroje. Ve vakuu vesmíru není vzduch. Žádná konvekce. Je bezvětří.
Kosmické lodě proto zcela spoléhají na tepelné záření. Zejména na infračervené záření. Každý objekt vyzařuje tepelnou energii ve formě elektromagnetických vln. Čím je předmět teplejší, tím více záření vyzařuje. Ve vesmíru je to jediný způsob, jak odvádět teplo.
Tento zásadní rozdíl mění přístup k inženýrskému navrhování.
Zvažte stanici Skylab. Potřebovala odolat intenzivnímu slunečnímu záření v její orbitální výšce. Inženýři některé jeho části potáhli zlatem. Zlato dokonale odráží infračervené záření. Nedovoluje proniknout slunečnímu teplu. Stanice se ale také potřebuje zbavit tepla generovaného vlastní elektronikou, palivovými články a raketovými motory. K tomu použila velké radiátory.
Tyto radiátory musely být masivní. Proč? Protože bez pomoci konvekce musí pracovat mnohem více, aby uvolnily stejné množství energie. Radiátor na Zemi by mohl použít ventilátor k protlačení vzduchu skrz horká žebra. Ve vesmíru máte jen kovové desky sedící v prázdnotě. Potřebujete větší plochu, abyste kompenzovali nedostatek pomoci z konvekce.
Tajná zbraň raketoplánu
Raketoplán vynesl tento problém na nízkou oběžnou dráhu Země. Jeho design zahrnoval chytrý pasivní chladicí systém zabudovaný do dveří nákladového prostoru.
Tyto dveře byly obloženy radiátory. Jakmile raketoplán vstoupil na oběžnou dráhu, posádka musela tyto dveře otevřít. To nebylo děláno jen pro krásu. To byl první krok v procesu tepelného managementu. Tím, že by raketoplán vystavil své radiátory chladu vesmíru, mohl uvolnit přebytečné teplo nahromaděné během výstupu a během dokování.
Pokud byste se podívali na raketoplán na oběžné dráze, viděli byste systém, který měl odebírat teplo výhradně prostřednictvím elektromagnetických vln. Žádný vzduch. Žádný proud tekutiny. Pouze záření.
Proč je astronautům stále zima
Zdá se to neintuitivní. Pokud je vesmír dokonalým izolantem, proč se astronauti obávají zamrznutí? Nebo spíše, proč se obávají, že některé části jejich těla budou příliš studené, zatímco zbytek obleku zůstane teplý?
Problém studených prstů je skutečným problémem během vesmírných výstupů. Samotný oblek je navržen tak, aby udržoval stabilní vnitřní teplotu. Ale teplo je stále přenášeno vedením skrz materiály obleku. Pokud se přístroj zahřeje nebo pokud určitá část obleku ztrácí teplo rychleji než ostatní, může astronaut zaznamenat lokalizované ochlazení.
Vakuum izoluje celé tělo od vnějšího prostředí. Zabraňuje úniku tepla venku do vesmíru. Ale nebrání tomu, aby se teplo pohybovalo uvnitř obleku nebo mezi připojenými komponenty. To je důvod, proč jsou termoregulační systémy ve skafandrech tak složité. Musí se řídit interně
