¿Las rayas en blanco y negro son mejores que el gris uniforme para el control térmico?

Question

¿Las rayas en blanco y negro son mejores que el gris uniforme para el control térmico?

Espacio
Diseño
Historia
térmico
control térmico

UH oh

P: ¿ De qué color es una nave espacial?

R: Blanco y negro e (infrarrojos) por todas partes .

Varias respuestas y comentarios sobre ¿Por qué los primeros satélites de Europa eran tan elegantes? ¿Por qué las pronunciadas rayas blancas y negras alternas? contienen frases como "control térmico".

Esto es antes de que los materiales sofisticados pudieran tener una alta emisividad infrarroja térmica y un alto albedo de luz visible al mismo tiempo. (vea las respuestas a ¿Por qué los RTG son de diferentes colores? )

Pero no puedo ver por qué la alternancia alto/bajo y bajo/alto ( $\epsilon/a$ ) ^† rayas sería mejor que simplemente aplicar una capa de pintura gris. ¿Simplemente no tenían "pintura espacial" gris en ese entonces y las rayas eran una solución? ¿O había algún vuelo espacial térmico o de otro tipo o ventajas de prueba que las rayas tenían sobre un gris sólido?

^† $\epsilon_{ir}/a_{vis}$ sería la emisividad infrarroja térmica y los pares de albedo de luz visible, aunque no pretende ser una relación simple. Para obtener una ecuación que use estos, busque en este sitio " temperatura de vaca esférica ".

Descaradamente recortadas de imágenes en esta pregunta y respuesta (s) :

En otros satélites, como el Explorer 3, las franjas de óxido reflectante mantienen la temperatura interior media entre límites razonables; 30 y 100 grados Fahrenheit.

Una mejor versión archivada del video se puede encontrar aquí

Vicente 49

No creo que pueda dar una respuesta útil a esta pregunta. Las cosas han cambiado significativamente en el último medio siglo y los requisitos de los revestimientos para naves espaciales se han vuelto más complejos. Lo que he hecho es agregar un párrafo sobre los problemas del nuevo recubrimiento a mi respuesta a la pregunta original.

UH oh

@Vince49 gracias! Sí, creo que esta es una pregunta lo suficientemente diferente como para que se haga aquí por separado.

Wayne Conrado

Pura especulación, por lo que no es una respuesta, pero: ¿Qué pasa si tengo una pintura que es menos emisiva de la que necesito y otra que es más, y por alguna razón mezclarlas para obtener la emisividad que necesito no funciona? De manera similar, tal vez tengo la superficie sin recubrimiento y una pintura, pero el mismo problema: una es más emisiva de lo que necesito y la otra es menos. Una respuesta real en este sentido explicaría por qué las dos pinturas no se pueden mezclar, por ejemplo. Ojalá lo supiera, gran pregunta.

UH oh

@WayneConrad ahora estamos hablando! La ecuación de temperatura de equilibrio que aproximé aquí es demasiado simple. No tiene en cuenta 1) que solo el lado iluminado por el sol recibe luz solar pero ambos lados irradian y 2) el objeto se eclipsará en algún momento cuando también solo irradiará, y tal vez esas velocidades y ciclos de trabajo son importantes.

UH oh

@WayneConrad Para mi ecuación simple

T \sim {(\frac{(1 - a_{v i s})}{{mi}_{i r}} \frac{I_{S tu norte}}{4 σ})}^{1 / 4}

$T \sim \left( \frac{(1-a_{vis})}{e_{ir}} \frac{I_{Sun}}{4 \sigma} \right)^{1/4}$ cualquier par de

(1 - a) / e = c o n s t

$(1-a)/e=const$ da la misma temperatura, pero en realidad tal vez el grado agregado de rayas fredome que ofrece es importante.

anton hengst

Incluso si al mezclarlos se obtiene esa emisividad intermedia, puedo imaginar que es más fácil ajustar la emisividad durante la prueba agregando más parches de blanco o negro según sea necesario, en lugar de tener que volver a mezclar un nuevo lote de gris con una composición ligeramente diferente.

UH oh

@AntonHengst Tengo el presentimiento de que esa es la clave de esto, elegir/ajustar el ciclo de trabajo permite un ajuste fino después de caracterizar las propiedades de cada película.

Mármol Orgánico

Echa un vistazo al retropack de la cápsula Mercury en el NASM, también está gloriosamente rayado data4.primeportal.net/space/miles_lumbard/mercury_retro_pack/…

UH oh

@OrganicMarble son hermosos! hacer zoom en cada uno es un recordatorio de cómo era la tecnología en ese entonces (cables, conectores, etc.) y los "detalles artesanales" hechos porque todo era nuevo y no había herramientas de fabricación estándar para naves espaciales en ese momento. En data4.primeportal.net/space/miles_lumbard/mercury_retro_pack/… mirando el gran agujero circular en el centro, parece que las rayas negras fueron recubiertas con aerosol a medida que los bordes se vuelven difusos en ciertas áreas. Probablemente haré una pregunta sobre el escudo térmico...

UH oh

@OrganicMarble Acabo de pedirle a Mercurio que vuelva a entrar en los escudos térmicos; composición material, proceso de fabricación y explicación de todas esas crestas concéntricas?

Respuestas (1)

¿Las rayas en blanco y negro son mejores que el gris uniforme para el control térmico?

No creo que pueda dar una respuesta útil a esta pregunta. Las cosas han cambiado significativamente en el último medio siglo y los requisitos de los revestimientos para naves espaciales se han vuelto más complejos. Lo que he hecho es agregar un párrafo sobre los problemas del nuevo recubrimiento a mi respuesta a la pregunta original.
@Vince49 gracias! Sí, creo que esta es una pregunta lo suficientemente diferente como para que se haga aquí por separado.
Pura especulación, por lo que no es una respuesta, pero: ¿Qué pasa si tengo una pintura que es menos emisiva de la que necesito y otra que es más, y por alguna razón mezclarlas para obtener la emisividad que necesito no funciona? De manera similar, tal vez tengo la superficie sin recubrimiento y una pintura, pero el mismo problema: una es más emisiva de lo que necesito y la otra es menos. Una respuesta real en este sentido explicaría por qué las dos pinturas no se pueden mezclar, por ejemplo. Ojalá lo supiera, gran pregunta.
@WayneConrad ahora estamos hablando! La ecuación de temperatura de equilibrio que aproximé aquí es demasiado simple. No tiene en cuenta 1) que solo el lado iluminado por el sol recibe luz solar pero ambos lados irradian y 2) el objeto se eclipsará en algún momento cuando también solo irradiará, y tal vez esas velocidades y ciclos de trabajo son importantes.
@WayneConrad Para mi ecuación simple $T \sim {(\frac{(1 - a_{v i s})}{{mi}_{i r}} \frac{I_{S tu norte}}{4 σ})}^{1 / 4}$ $T \sim \left( \frac{(1-a_{vis})}{e_{ir}} \frac{I_{Sun}}{4 \sigma} \right)^{1/4}$ cualquier par de $(1-a)/e=const$ da la misma temperatura, pero en realidad tal vez el grado agregado de rayas fredome que ofrece es importante.
Incluso si al mezclarlos se obtiene esa emisividad intermedia, puedo imaginar que es más fácil ajustar la emisividad durante la prueba agregando más parches de blanco o negro según sea necesario, en lugar de tener que volver a mezclar un nuevo lote de gris con una composición ligeramente diferente.
@AntonHengst Tengo el presentimiento de que esa es la clave de esto, elegir/ajustar el ciclo de trabajo permite un ajuste fino después de caracterizar las propiedades de cada película.
Echa un vistazo al retropack de la cápsula Mercury en el NASM, también está gloriosamente rayado data4.primeportal.net/space/miles_lumbard/mercury_retro_pack/…
@OrganicMarble son hermosos! hacer zoom en cada uno es un recordatorio de cómo era la tecnología en ese entonces (cables, conectores, etc.) y los "detalles artesanales" hechos porque todo era nuevo y no había herramientas de fabricación estándar para naves espaciales en ese momento. En data4.primeportal.net/space/miles_lumbard/mercury_retro_pack/… mirando el gran agujero circular en el centro, parece que las rayas negras fueron recubiertas con aerosol a medida que los bordes se vuelven difusos en ciertas áreas. Probablemente haré una pregunta sobre el escudo térmico...
@OrganicMarble Acabo de pedirle a Mercurio que vuelva a entrar en los escudos térmicos; composición material, proceso de fabricación y explicación de todas esas crestas concéntricas?

Frailecillo · Answer 1

Esta es mi opinión: agradecería más ideas sobre cualquier error.

Práctica de diseño

Las elecciones en el diseño térmico deben prestar atención a qué tan conocidas son las propiedades del material. por ejemplo, es mejor elegir un parámetro bien conocido o estable en lugar de uno cuyas propiedades nominales sean las correctas.

No sería tan atrevido como para afirmar que este es el criterio seguido por los primeros diseñadores (años 60/70), aunque lo encontré tan a menudo en mis primeros días (en los años 90) que parece plausible.

Tipos de pintura

Hay pinturas negras (actualmente) que son muy estables en términos de alfa/épsilon de por vida. Las primeras pinturas blancas, al menos hasta los años 90, se degradaban en alfa bajo iluminación ultravioleta desde un 20% hasta, creo, un 40% más o menos. Sin embargo, no sé qué tan conocido era eso en los años 60. No sé acerca de las pinturas grises, aunque no veo que la idea de mezclar un tono diferente para cada misión sea atractiva.

Película

¡No siempre es pintura! A veces es una película: el equivalente terrestre es un plástico adhesivo. Aparte de eso, creo que se aplican propiedades de estabilidad de pigmento similares a las de las pinturas.

Síntesis

De acuerdo, esto no cuadra del todo, pero parece plausible que se eligieran Blanco y Negro porque estaban disponibles y se creía que se entendían bien.

El comentario de @Anton Hengst sobre la flexibilidad en las pruebas también suena plausible. En estos días, no se espera que se recorte mucho en la etapa de prueba de vacío térmico, pero bien podría haber sido una expectativa más general en los años 60.

¿Las rayas en blanco y negro son mejores que el gris uniforme para el control térmico?

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Wayne Conrado

UH oh

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anton hengst

UH oh

Mármol Orgánico

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Respuestas (1)

Frailecillo

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