¿Cómo funcionan las mantas espaciales (mantas térmicas)?

En la tierra, las mantas sirven principalmente para amortiguar los cambios de temperatura/transferencia de calor que ocurrirían por convección (por ejemplo, una manta atrapa el aire cerca de usted para que después de que su cuerpo lo caliente, no se lo lleve el viento y lo reemplace con aire más frío), y conducción (por ejemplo, si está acostado sobre hielo, una capa entre usted y el hielo con poca conductividad térmica reducirá la tasa de transferencia de calor por conducción).

En el caso de una nave espacial que flota libremente en el vacío del espacio, la convección y la conducción no existen, y la transferencia de temperatura/calor está dominada por la radiación entrante (del sol) y la radiación saliente (enfriamiento por radiación del cuerpo negro de la nave espacial). , si estoy usando ese término correctamente). (Para ser claros, la conducción existe en el espacio entre objetos que están en contacto físico, pero estoy hablando de transferencia de calor a través de la superficie de objetos que flotan libremente para el propósito de esta pregunta).

¿Cómo se diseñan las mantas espaciales para amortiguar la radiación? En la forma más simple, imagino que una manta espacial sería un material delgado que está separado de la piel de la nave espacial por una fina capa de vacío, es decir, solo intercambiaría calor con el entorno exterior y con la nave espacial a través de la radiación, por lo que el objetivo sería ser minimizar la radiación aceptada de la nave espacial y emitida hacia la nave espacial. ¿Los materiales de las mantas espaciales simplemente tienen poca capacidad para absorber y emitir calor radiativo, es decir, son súper reflectantes? ¿O hay más que factores en su diseño?

¿Por qué no existiría la conducción en el vacío?
El calor podría transferirse por conducción en satélites en el espacio.
@fred_dot_u la conducción no existe en el vacío porque no hay nada que conduzca el calor. La conducción es la transferencia de calor dentro de un material o a través del contacto inmediato. Si estás tocando algo, entonces la conducción funciona; si no está tocando algo directamente pero hay (por ejemplo) aire entre ustedes, entonces habrá algo de conducción a través de ese aire, pero si no está tocando nada, entonces no hay nada que pueda conducir calor hacia usted.
La declaración general, "... y la conducción no existe" es ambigua y, en la superficie, falsa. La conducción existe en el vacío cuando dos objetos de diferentes características térmicas están en contacto entre sí.
Correcto, fui ambiguo en mi redacción. Mi pregunta se refiere a la transferencia de calor dentro y fuera de un objeto que flota libremente en el espacio, que no está en contacto físico con otros objetos. En este caso, la conducción no es un factor, porque el calor no se conduce a través del vacío. Hice una ligera edición en la pregunta para aclarar lo que quise decir. ¡Perdón por la confusión!
¡Bienvenidos al Espacio! Buena pregunta. Si cree que una de las respuestas resuelve su pregunta, puede aceptar esa respuesta haciendo clic en la marca de verificación cerca del conteo de votos de la respuesta.

Respuestas (2)

Además de lo que dijo @PearsonArtPhoto sobre la reflectividad, la gran cantidad de capas juega un papel importante para ser un aislamiento radiativo efectivo.

Para simplificar un poco, además de la reflexión directa, la absorción y reirradiación de calor ayuda en gran medida. En general, una gran cantidad de energía térmica entra por un lado. Esa energía calienta la primera capa, que irradia calor según su propia temperatura, pero lo hace en ambas direcciones más o menos por igual, lo que, más o menos, reduce a la mitad la cantidad de calor que va hacia el lado frío. Repita esto sobre 40 capas, y suma sustancialmente. Agregue eso además de la reflectividad de las capas individuales también, y tendrá un aislamiento notablemente efectivo.

Tienden a ser una combinación de un material altamente reflectante, generalmente mylar aluminizado, con una malla delgada entre las capas. El objetivo es reflejar la mayor cantidad de luz posible (específicamente las longitudes de onda emitidas por los objetos a la temperatura del cuerpo humano) y mantener al mínimo el contacto directo entre los elementos. Wikipedia tiene una gran imagen, que se muestra a continuación.

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@oldtechaa, ¿qué podría ser más explícito que "reflejar la mayor cantidad de luz posible"? Toda la energía térmica radiada son fotones.
¡Eso tiene sentido! Esto puede justificar una pregunta aparte, pero si la reflectividad y el contacto mínimo son los dos objetivos centrales, ¿por qué el exterior de la manta térmica Soyuz es negro en lugar de plateado? De hecho, ¿por qué no todas las naves espaciales son brillantes y altamente reflectantes?
@CarlWitthoft, ese es un buen punto. Sin embargo, muchas personas que no están familiarizadas con el tema considerarían que la luz es solo luz visible, por lo que la aclaración podría ayudarlos.
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