Ecco un problema che fa inciampare quasi tutti coloro che comprendono la fisica di base. Sai che il vuoto è un pessimo conduttore di calore. Funziona come il thermos più grande del mondo. Quindi, logicamente, se si intrappola il calore all’interno di un veicolo spaziale, dovrebbe rimanere lì per sempre. Ma i veicoli spaziali non rimangono caldi. Riescono a disperdere costantemente l’energia termica in eccesso. Come?
La risposta sta nel capire come si muove il calore quando non c’è aria a portarlo via.
Raffreddamento radiativo e raffreddamento convettivo
Sulla Terra, il raffreddamento è facile. Hai la convezione. L’aria si muove. I tifosi girano. L’acqua bolle. Questi processi si basano su un mezzo, gas o liquido, per trasportare il calore lontano da una fonte. Nel vuoto dello spazio non c’è aria. Nessuna convezione. Niente vento.
Quindi i veicoli spaziali si affidano interamente alla radiazione termica. Nello specifico, la radiazione infrarossa. Ogni oggetto emette energia termica sotto forma di onde elettromagnetiche. Più l’oggetto è caldo, più radiazioni emette. Nello spazio, questo è l’unico modo per scaricare il calore.
Questa differenza fondamentale cambia l’ingegneria.
Considera la stazione Skylab. Aveva bisogno di sopravvivere all’intensa radiazione solare alla sua altitudine orbitale. Gli ingegneri ne hanno rivestito alcune parti d’oro. L’oro è eccellente nel riflettere la radiazione infrarossa. Mantiene fuori il calore del sole. Ma deve anche liberarsi del calore generato dai suoi stessi componenti elettronici, dalle celle a combustibile e dai motori a razzo. Per questo ha utilizzato radiatori di grandi dimensioni.
Questi radiatori dovevano essere enormi. Perché? Perché senza la convezione che li aiuta, devono lavorare molto di più per perdere la stessa quantità di energia. Un radiatore sulla Terra potrebbe utilizzare una ventola per spingere l’aria sulle alette calde. Nello spazio ci sono solo piastre di metallo sedute nel vuoto. È necessaria una superficie per compensare la mancanza di aiuto convettivo.
L’arma segreta dello Shuttle
Lo Space Shuttle ha portato questa sfida nell’orbita terrestre bassa. Il suo design includeva un intelligente sistema di raffreddamento passivo integrato nelle porte del vano di carico.
Queste porte erano rivestite con radiatori. Una volta che la navetta raggiunse l’orbita, l’equipaggio dovette aprire quelle porte. Questo non era solo per l’aspetto. È stato il primo passo nel processo di gestione termica. Esponendo i radiatori al freddo dello spazio, la navetta potrebbe smaltire il calore in eccesso generato durante la salita e durante l’attracco.
Se guardavi lo shuttle in orbita, stavi guardando un sistema che doveva respingere il calore esclusivamente attraverso le onde elettromagnetiche. Niente aria. Nessun flusso di fluido. Solo radiazioni.
Perché gli astronauti hanno ancora freddo
Sembra controintuitivo. Se lo spazio è un isolante perfetto, perché gli astronauti si preoccupano del congelamento? O meglio, perché si preoccupano che alcune parti del loro corpo diventino troppo fredde mentre il resto della tuta resta caldo?
Il problema del “dito freddo” è un vero problema durante le passeggiate spaziali. La tuta stessa è progettata per mantenere una temperatura interna stabile. Ma il calore viaggia comunque per conduzione all’interno dei materiali della tuta. Se uno strumento si surriscalda o se una parte specifica della tuta perde calore più velocemente di altre, l’astronauta può sperimentare un raffreddamento localizzato.
Il vuoto isola tutto il corpo dall’ambiente esterno. Impedisce al calore di fuoriuscire fuori nello spazio. Ma non impedisce al calore di spostarsi intorno all’interno della tuta o tra i componenti collegati. Questo è il motivo per cui i sistemi di controllo termico nelle tute sono così complessi. Devono gestire l’interno
