Wanddämmungen von Raumfahrzeugen etc.

Hallo an alle, die sich in der Raumfahrt auskennen!

Eine Frage, die sich mir letztens gestellt hat ist folgende:
bei den extremen Temperaturen, die im All herrschen müssten doch die Raumstationen und Spaceshuttles etc. mit extremen Wanddämmungen ausgestattet sein!

Wie dick sind denn die Aufbauten oder welche "Dämmungen" werden da eingesetzt?
Kann mir das jemand beantworten?

Herzlichen Dank

Florian Kurz

Nürnberg

Hallo Florian,
es ist natürlich ein großer Unterschied, von welchen Raum"schiffen" zu sprichst. Ein Space Shuttle muss wieder auf der Erde landen und ist von daher schon völlig anders konzipiert als eine Raumstation und muss wesentlich dickere Wand"dämmungen" haben als beispielsweise die ISS.

Im Weltall herrschen zwar extreme Temperaturen, die man aber relativ einfach ausgleichen kann. Du musst bedenken, dass die Temperatur dort nicht durch Materie nach außen weitergeleitet werden kann (es ist halt ein Vakuum). Was die Raumstationen und -Fähren aufheizt sind die Sonnenstrahlen und die inneren Komponenten.
Eine spiegelnde Folie kann dafür sorgen, dass die Sonnenstrahlen reflektiert werden und somit nur wenig Wärmeenergie auf die Station übergeht.
Die Wände müssten gar nicht so dick sein, wenn da nicht der enorme Druckunterschied wäre. Das siehst du an den künstlichen Satelliten: Sie haben keine dicke Außenwand, dafür aber viel reflektierende Folie um die Energieaufnahme durch die Sonnenstrahlen zu kontrollieren. Die elektrischen Bauteile heizen die Satelliten von innen.

Ich schätze der Wärmeverlust geschieht auch nur durch Wärmestrahlen, die vom Satelliten erzeugt werden. Ich bin mir nicht sicher, ob die Moleküle ihre Schwingung ohne Fremdeinflüsse mit der Zeit verlieren, vielleicht weiß jemand da mehr?

Gruß,
Tobias

Ich schätze der Wärmeverlust geschieht auch nur durch Wärmestrahlen, die vom Satelliten erzeugt werden. Ich bin mir nicht sicher, ob die Moleküle ihre Schwingung ohne Fremdeinflüsse mit der Zeit verlieren, vielleicht weiß jemand da mehr?

Genau, da sich der Satellit/Raumschiff im Vakuum befindet, kann Energie nur duch Strahlung abgegeben werden. Wie schnell so ein Koerper sich abkuehlt, haengt natuerlich vom Material, Aufbau, etc. ab. Aber in erster Naeherung kann man einen Koerper im All als das betrachten, was Physiker einen "Schwarzen Strahler" nennen. Dessen Waermeabstrahlung (Leuchtkraft) haengt dann nur von   seiner Temperatur und Oberflaeche ab, naemlich L = A s T⁴
(A ist die Oberflaeche des Koerpers, s ist eine Konstante), ist also sehr stark von der Temperatur abhaengig (je heisser also ein Koerper ist und je groesser die Oberflaeche, desto schneller kuehlt er ab). Das gilt natuerlich auch fuer eine Gaswolke und auch fuer einzelne Molekuele (naja, also unter einer bestimmten Energie kommst Du dann in den Bereich der Quantenmechanik, dann kann die Energie Deines Systems nur noch in Energiepaketen (Quanten) einer endlichen Groesse abgegeben werden).

Gruss, Volker

Die Wände müssten gar nicht so dick sein, wenn da nicht der enorme Druckunterschied wäre.

hallo tobias,
wollte dazu nur folgendes anmerken:
der druckunterschied ist gar nicht so enorm - bloß 1bar! der unterschied eines aufgeblasenen fahrradreifens zum umgebungsdruck ist beispielsweise doppelt so hoch (3bar - 1bar = 2bar)
deswegen musste auch z.b. die außenhülle des LM (apollo) nicht besonders dick sein - einige lagen folie genügten vollkommen um die austronauten vor dem vakuum des weltalls zu schützen.
lg. joschu

Aber Hallo! Erst mal vielen Dank für die Anregungen und Antworten!

Na dann mal Tacheles!

Wie dick ist denn dann dei Wand vom ISS?
Wie dick von dem SpaceShuttle?
und wer weiss was von den Aufbauten der "Wände"?
Wie hoch sind die "Raumtemperaturen"?
Übernehmen nur die "Rechner" die "Heizung" der Teile?
Und wei verhält sich das dann, wenn die Dinger im Erdschatten - sich also ausserhalb der direkten Sonnenstrahlung befinden?

Wer hat Tips der Links zu Konstruktionszeichnungen der ISS / Spaceshuttel?

danke erstmals

Florian Kurz

Ein paar der Fragen kann ich schonmal beantworten:

Wie hoch sind die "Raumtemperaturen"?

Wie willst du die Temperaturen in einem leeren Raum messen? Temperatur, also Wärme, ist nichts anderes als die "Schwingung" der Moleküle. Im Vakuum existieren nur sehr wenige Moleküle, an denen man also keine Temperatur messen könnte - deswegen sagen wir ja auch, dass keine Wärme an "die Umgebung" eines Körpers im Raum abgegeben werden kann. Würde dort irgendeine Form der Materie existieren, würde diese die "Schwingung" aufnehmen und ebenfalls anfangen zu schwingen - sich also "aufwärmen".
Also, da der Raum "leer" ist herrscht dort auch keine Temperatur.

Übernehmen nur die "Rechner" die "Heizung" der Teile?

Zusammen mit der Sonnenstrahlung, ja.

Und wei verhält sich das dann, wenn die Dinger im Erdschatten - sich also ausserhalb der direkten Sonnenstrahlung befinden?

In der Theorie müssten sie natürlich mehr Wärme selbst erzeugen als Satelliten, die in den "genuss" des Sonnenlichts kommen. Hier spielt auch wieder die Folie eine wichtige Rolle:
Da Wärmestrahlen und Wärme in Form von Schwingungen der Moleküle erzeugt wird, muss darauf geachtet werden, dass beide Formen der Wärme beim Satelliten bleiben. Die Schwingung der Moleküle kann sich nicht auf andere Materie ausbreiten, es muss also nur darauf geachtet werden, dass die Wärmestrahlen so weit wie möglich reduziert werden. Das erreicht man durch Folie, welche die Wärmestrahlen die von innen kommen zurück nach innen reflektiert.

Ich hoffe ich hab mich verständlich ausgedrückt  

Grüße,
Tobias

Hallo Florian,

neben der thermischen Isolation übernehmen die Wände eines Raumstationsmoduls auch eine Schutzfunktion gegen Mikrometeoriten. Auch das ist ein Grund für eine mehrlagige Hülle.

Beim europäischen Labormodul Columbus ist die zweiteilige Hülle folgendermaßen aufgebaut:

• außen: 2,5 mm Aluminium
• danach: 13 cm Zwischenraum (Vakuum)
• innen: 4 mm Kevlar/Nextel (mehrlagiges Gewebe, wie bei schusssicheren Westen)
• auf 4,8 mm Aluminium

Für die Temperaturregulierung wird ein Kühlsystem verwendet. In den Modulen gibt es demnach Kühlrippen, in denen eine Flüssigkeit zirkuliert, die die überschüssige Wärme aufnimmt. Diese wird über Rohrleitungen zu so genannten Radiatoren weiter geleitet. Die Radiatoren sind größere flächenartige Metallkörper, die auf einer Seite schwarz, auf der anderen Seite verspiegelt sind. Von der schwarzen Seite aus wird die überschüssige Wärme ins Weltall abgestrahlt, während die verspiegelte Seite der Sonne zugewandt ist, damit hier praktisch keine Sonnenwärme aufgenommen wird.

Neben den Maschinen in einer Station (Elektronik, "Herd", Ventilatoren, ...) produzieren auch die Menschen jede Menge Abwärme. Relativ wohl fühlen sich die Raumfahrer bei Temperaturen um 25°C. Im Erdschatten ist weniger Kühlung notwendig.

Bilder von den Radiatoren gibt es bei der NASA.

Beim Shuttle sind es die Innenseiten der Ladebuchtklappen: http://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/shuttle/sts-114/html/iss011e11233.html

Bei der ISS sind die Radiatoren separat:
http://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/shuttle/sts-114/html/s114e5660.html
Und zwar sind es die Flächen, die senkrecht stehen, nicht zu verwechseln mit den waagerechten Solarzellenpaneelen. Diese müssen übrigens auch stark gekühlt werden, da Solarzellen mit zunehmender Temperatur ineffektiver arbeiten. Dafür werden 20% der gewonnen Energie aufgebracht. Jeder Radiator kann eine Leistung von 14 kW in den Raum abstrahlen. Gegenwärtig sind für den US-Teil der Station 5 dieser Radiatoren entfaltet. Bei den russischen Modulen sind die Radiatoren integriert.

GG