Hier liegt ein Problem vor, das fast jeden zum Stolpern bringt, der sich mit grundlegender Physik auskennt. Sie wissen, dass ein Vakuum ein schrecklicher Wärmeleiter ist. Es verhält sich wie die größte Thermoskanne der Welt. Wenn man also Wärme in einem Raumschiff einfängt, sollte sie logischerweise für immer dort bleiben. Aber Raumschiffe bleiben nicht heiß. Sie schaffen es, überschüssige Wärmeenergie kontinuierlich abzugeben. Wie?
Die Antwort liegt darin, zu verstehen, wie sich Wärme bewegt, wenn es keine Luft gibt, die sie abtransportieren könnte.
Strahlungskühlung vs. Konvektionskühlung
Auf der Erde ist Abkühlung einfach. Sie haben Konvektion. Luft bewegt sich. Fans drehen sich. Wasser kocht. Diese Prozesse basieren auf einem Medium – Gas oder Flüssigkeit –, um Wärme von einer Quelle wegzutransportieren. Im Vakuum des Weltraums gibt es keine Luft. Keine Konvektion. Kein Wind.
Raumfahrzeuge sind also vollständig auf Wärmestrahlung angewiesen. Konkret Infrarotstrahlung. Jedes Objekt sendet Wärmeenergie in Form elektromagnetischer Wellen aus. Je heißer das Objekt ist, desto mehr Strahlung sendet es aus. Im Weltraum ist dies die einzige Möglichkeit, Wärme abzuleiten.
Dieser grundlegende Unterschied verändert die Technik.
Denken Sie an die Skylab-Station. Es musste der intensiven Sonneneinstrahlung auf seiner Umlaufhöhe standhalten. Ingenieure beschichteten Teile davon mit Gold. Gold reflektiert Infrarotstrahlung hervorragend. Es hält die Hitze der Sonne draußen. Aber es muss auch die Wärme abführen, die von der eigenen Elektronik, den Brennstoffzellen und den Raketentriebwerken erzeugt wird. Dafür wurden große Heizkörper verwendet.
Diese Heizkörper mussten riesig sein. Warum? Denn ohne Konvektion, die ihnen hilft, müssen sie viel härter arbeiten, um die gleiche Energiemenge abzugeben. Ein Heizkörper auf der Erde könnte einen Ventilator verwenden, um Luft über heiße Rippen zu drücken. Im Weltraum sitzen einfach Metallplatten im Nichts. Sie benötigen eine Oberfläche, um den Mangel an konvektiver Hilfe auszugleichen.
Die Geheimwaffe des Shuttles
Das Space Shuttle trug diese Herausforderung in die erdnahe Umlaufbahn. Zu seinem Design gehörte ein cleveres passives Kühlsystem, das in die Laderaumtüren eingebaut war.
Diese Türen waren mit Heizkörpern ausgekleidet. Sobald das Shuttle die Umlaufbahn erreichte, musste die Besatzung diese Türen öffnen. Dabei ging es nicht nur um das Aussehen. Es war der erste Schritt im Wärmemanagementprozess. Indem die Heizkörper der Kälte des Weltraums ausgesetzt werden, könnte das Shuttle überschüssige Wärme abführen, die beim Aufstieg und während der Andockphase entsteht.
Wenn man sich das Shuttle im Orbit ansah, sah man ein System, das Wärme ausschließlich durch elektromagnetische Wellen ableiten musste. Keine Luft. Kein Flüssigkeitsfluss. Nur Strahlung.
Warum Astronauten immer noch kalt werden
Es scheint kontraintuitiv zu sein. Wenn der Weltraum ein perfekter Isolator ist, warum machen sich Astronauten dann Sorgen über das Einfrieren? Oder besser gesagt, warum machen sie sich Sorgen, dass bestimmte Körperteile zu kalt werden, während der Rest des Anzugs warm bleibt?
Das Problem des „kalten Fingers“ ist bei Weltraumspaziergängen ein echtes Problem. Der Anzug selbst ist so konzipiert, dass er eine stabile Innentemperatur aufrechterhält. Die Wärmeübertragung erfolgt jedoch immer noch durch Leitung innerhalb der Anzugmaterialien. Wenn ein Werkzeug heiß wird oder wenn ein bestimmter Teil des Anzugs schneller Wärme verliert als andere, kann es beim Astronauten zu einer lokalen Abkühlung kommen.
Das Vakuum isoliert den gesamten Körper von der äußeren Umgebung. Es verhindert, dass Wärme in den Weltraum entweicht. Es verhindert jedoch nicht, dass sich die Wärme innerhalb des Anzugs oder zwischen angeschlossenen Komponenten bewegt. Aus diesem Grund sind Wärmekontrollsysteme in Anzügen so komplex. Sie müssen intern verwalten
