Voici un problème qui intrigue presque tous ceux qui comprennent la physique de base. Vous savez que le vide est un terrible conducteur de chaleur. Il agit comme le plus grand thermos du monde. Donc, logiquement, si vous emprisonnez la chaleur à l’intérieur d’un vaisseau spatial, elle devrait y rester pour toujours. Mais les vaisseaux spatiaux ne restent pas au chaud. Ils parviennent à évacuer constamment l’excès d’énergie thermique. Comment?
La réponse réside dans la compréhension de la manière dont la chaleur se déplace lorsqu’il n’y a pas d’air pour l’évacuer.
Refroidissement radiatif vs refroidissement par convection
Sur Terre, le refroidissement est facile. Vous avez la convection. L’air bouge. Les fans tournent. L’eau bout. Ces processus reposent sur un milieu (gaz ou liquide) pour évacuer la chaleur d’une source. Dans le vide de l’espace, il n’y a pas d’air. Pas de convection. Pas de vent.
Les vaisseaux spatiaux dépendent donc entièrement du rayonnement thermique. Plus précisément, le rayonnement infrarouge. Chaque objet émet de l’énergie thermique sous forme d’ondes électromagnétiques. Plus l’objet est chaud, plus il émet de rayonnement. Dans l’espace, c’est le seul moyen d’évacuer la chaleur.
Cette différence fondamentale change l’ingénierie.
Considérez la station Skylab. Il devait survivre au rayonnement solaire intense à son altitude orbitale. Les ingénieurs en ont recouvert certaines parties d’or. L’or est excellent pour réfléchir le rayonnement infrarouge. Il garde la chaleur du soleil à l’extérieur. Mais il doit également se débarrasser de la chaleur générée par ses propres composants électroniques, ses piles à combustible et ses moteurs-fusées. Pour cela, on a utilisé de grands radiateurs.
Ces radiateurs devaient être massifs. Pourquoi? Parce que sans convection pour les aider, ils doivent travailler beaucoup plus dur pour évacuer la même quantité d’énergie. Un radiateur sur Terre pourrait utiliser un ventilateur pour pousser l’air sur des ailettes chaudes. Dans l’espace, vous n’avez que des plaques de métal posées dans le vide. Il faut de la surface pour compenser le manque d’aide convective.
L’arme secrète de la navette
La navette spatiale a relevé ce défi en orbite terrestre basse. Sa conception comprenait un système de refroidissement passif intelligent intégré aux portes de la soute.
Ces portes étaient bordées de radiateurs. Une fois la navette en orbite, l’équipage a dû ouvrir ces portes. Ce n’était pas seulement une question de look. C’était la première étape du processus de gestion thermique. En exposant les radiateurs au froid de l’espace, la navette pourrait évacuer l’excès de chaleur généré lors de la montée et de l’amarrage.
Si vous regardiez la navette en orbite, vous aviez affaire à un système qui devait rejeter la chaleur uniquement par le biais d’ondes électromagnétiques. Pas d’air. Aucun flux de fluide. Juste des radiations.
Pourquoi les astronautes ont encore froid
Cela semble contre-intuitif. Si l’espace est un isolant parfait, pourquoi les astronautes s’inquiètent-ils du gel ? Ou plutôt, pourquoi s’inquiètent-ils du fait que certaines parties de leur corps deviennent trop froides alors que le reste de la combinaison reste chaud ?
Le problème des « doigts froids » est un réel problème lors des sorties dans l’espace. La combinaison elle-même est conçue pour maintenir une température interne stable. Mais la chaleur continue de circuler par conduction à l’intérieur des matériaux de la combinaison. Si un outil devient chaud ou si une partie spécifique de la combinaison perd de la chaleur plus rapidement que d’autres, l’astronaute peut subir un refroidissement localisé.
Le vide isole tout le corps de l’environnement extérieur. Il empêche la chaleur de s’échapper hors dans l’espace. Mais cela n’empêche pas la chaleur de se déplacer autour à l’intérieur de la combinaison ou entre les composants connectés. C’est pourquoi les systèmes de contrôle thermique des combinaisons sont si complexes. Ils doivent gérer l’interne
