Spørg Fagfolket: Hvor godt isolerer en rumdragt?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Spørg Fagfolket: Hvor godt isolerer en rumdragt?

Illustration: Nasa

Vores læser Thorvald Johannes Pedersen spørger:

Jeg har tænkt lidt på - når nu vi snakker om isolering af huse, og at noget af det bedste man kan få p.t. er Kingspan Kooltherm K108 med en lambda-værdi på 0,018 W/m2K: Hvor godt isolerer astronauters rumdragter?

Hvor koldt er det f.eks. på månen eller ved rumstationen? Og hvor varmt tilstræber man, at der er ved indersiden af rumdragten?

Hvad er lambda-værdien for det materiale, der bruges i rumdragterne? Og U-værdien for den samlede ’konstruktion’?

Læs også: Spørg Scientariet: Hvordan kan en astronaut på rumvandring følge med ISS' hastighed?

John Leif Jørgensen, professor på Institut for Rumforskning og Rumteknologi på DTU Space, svarer:

Isolering, som vi bruger det ved jordens overflade, skal overholde en del krav til sikkerhed og kemi og samtidig opfylde krav om brugervenlighed, holdbarhed og pris. Derfor er mange af de isoleringsmaterialer, vi kan/og må bruge, ikke optimale.

F.eks. er varmeledningsevnen for Rockwool og lignende produkter omkring 0,04 W/m*K, og for opskummet polystyren omkring 0,03W/m*K. Polyurethan-skum kan fås ned til 0,02 W/m*K.

Men da Rockwool også er brandhæmmende, bruges det til isolering, hvor brand potentielt kan blive et problem. Opskummet fenol, som det d beskriver i dit spørgsmål, er også en excellent isolator.

For ovennævnte isoleringsmaterialer gælder, at de basalt set bruger gasser som det isolerende medium, og at gassen er fanget/forhindret i konvektion af det opskummede materiale. Man kunne faktisk lave langt bedre løsninger, hvis håndtering og pris ikke er vigtigt.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvordan kan astronauter fylde en flaske med vakuum?

10 gange bedre end Rockwool

Til rumfarten har man udviklet et materiale, som kaldes ’Aerogel’, som er baseret på skummet silica. Dette materiale kan fabrikeres i plader med en varmeledning på 0,004W/m*K, altså 10 gange bedre isolering end Rockwool og 4 gange bedre end opskummet fenol. Aerogel isolerer faktisk bedre end vakuum.

Men, varmeledning er kun én måde at udveksle varme på. En anden er via varmestråling, fordi et materiale vil afgive varme til omgivelserne proportionalt med dets absolutte temperatur i fjerde potens (Q= asA*T^4, hvor Q er udstrålet effekt i W, a er materialets albedo i varmestrålingsområdet, s er Stefan-Boltzmanns konstant, A er materialets areal og T materialets temperatur i kelvin).

Da temperaturforskelle i rummet er meget store, er det denne form for varmeafgivelse, der normalt dominerer. Albedo varierer for alle materialer, men er mindst (mindst varmeafgivelse) for polerede metaller.

Det er faktisk derfor, at det materiale, som du nævner, er beklædt med poleret alufolie på begge sider. Og at et overlevelsestæppe har en blank og en brun side. Den blanke side afgiver meget lidt varme, men reflekterer varme glimrende, mens den brune side lettere optager varme.

Læs også: Spørg Fagfolket: Er mørkt stof ikke blot almindelige molekyler i det interstellare rum?

Overlevelsestæpper giver isolering

Nu til astronauten. En astronaut på rumvandring er klædt i en dragt, der skal sikre: At trykket ved astronautens hud er tæt på 1 bar, at temperaturen holdes tæt på 22C, at fugt og gasser fjernes løbende, samt at dragten er fleksibel.

Dette kræver en dragt, der er ret tyk og består af mange lag. Så da astronauten også udfører et stykke arbejde, er problemet faktisk at slippe af med varmen. Derfor er astronauters dragter yderst lavet af ’Beta-Cloth’ (Teflon-coatede Silica-fibre), der er excellent til at reflektere sollys og til at dumpe varme. Samtidig er det stærkt og fleksibelt.

Til isolering i rummet bruger vi, da der jo ingen luft er, et trick for at opnå endnu bedre isolering: Vi stakker mange lag af overlevelsestæpper, da hvert lag vil reducere varmeudstrålingen.

For at undgå at de enkelte lag rører ved hinanden, og derved overfører varmen ved ledning igennem de mange lag, bruger vi et tyndt lag fibervæv à la brudeslør. Denne sandwich-konstruktion kaldes Multi-Layer-Insulation, MLI, og man kan herigennem opnå endnu mindre effektiv varmeledningsevne.

Det er ca. 70C på dagsiden af månen og ca. -150 på nattesiden. Alle astronauter var på månen kortere end en måne dag (Som Pjerrot erfarer i sangen, er ca. 14 jord-dage) og befandt sig på dagsiden. Dragterne er designet til at holde en behagelig temperatur på lidt mere end 20C.

Er en astronaut på rumvandring på ISS, er hun udsat for sollyset på 5000K på solsiden, -270K på skyggesiden og ca. 23C på den side, der vender mod ISS. Hun vil opleve en middelværdi, som er ca. 0C, hvis der ingen andre varmekilder var. Men der arbejdes jo så igen ved behagelige 20C, når alt går godt.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvis jeg forstår det rigtigt, så er svaret på mit spørgsmål delvist at man ikke kan sammenligne bygningsisolering med isoleringen i en rumdragt. Fordi det er nogle forskellige ting man isolerer for - eller imod. Og mod meget store temperaturforskelle. Og det betyder også at det ikke rigtigt giver mening at snakke om en U-værdi for rumdragtens - eller en rumfærges "ydervægs konstruktion"(?)

Det overraskede mig lidt at der er 70 plusgrader på Månen, på dagsiden. Jeg troede at der var hundekoldt (som i "rumkoldt"). Men forklaringen er nok at Månen er i astronomisk henseende ca. i samme afstand fra Solen som Jorden og pga. den mindre eller ingen beskyttende atmosfære, vil det være varmere hhv. koldere end på Jorden. Jeg forstår så ikke at der ved ISS er næsten 5000 grader i solsiden - hvorfor er der så stor forskel i forhold til på Månen?

Aerogel - ja, det har jeg godt læst om før. Men det fremgår ikke helt om det er aerogel, der bruges som isolering i de "varmetæpper" som rumdragten bygges op af? Jeg forestiller mig lidt at man bruger aerogel til rumfærger o.lign.

  • 0
  • 0

forstår så ikke at der ved ISS er næsten 5000 grader i solsiden - hvorfor er der så stor forskel i forhold til på Månen?

Det er heller ikke tilfældet at der er 5000 grader... så ville alt der kommer udenfor vores atmosfære blive ristet omgående.

I følge NASA så er der ca. 121 grader i solsiden ...:

“Without thermal controls, the temperature of the orbiting Space Station's Sun-facing side would soar to 250 degrees F (121 C), while thermometers on the dark side would plunge to minus 250 degrees F (-157 C). There might be a comfortable spot somewhere in the middle of the Station, but searching for it wouldn't be much fun!”

Du kan læse mere her: https://science.nasa.gov/science-news/scie... og selvom artiklen er fra 2001 så er temperaturen næppe steget til 5000 grader i mellemtiden... :-)

  • 0
  • 0

Ok, så er der en fejl i artiklen hvor der skrives:
"Er en astronaut på rumvandring på ISS, er hun udsat for sollyset på 5000K på solsiden, -270K på skyggesiden og ca. 23C på den side, der vender mod ISS."
Synes også at det lød lidt vildt.

  • 1
  • 1

De 5000K fra solen ville nåes hvis der ikke var køling via forskellige metoder.

Du kan godt isolere en kasse her på jorden med en rude i og nå voldsomt høje temperaturer indeni. Det er sikkert endnu lettere i rummet da der ikke er konvektion.

Den endelige temperatur er altid en ligevægt mellem ind og udgående effekt fra systemet.

  • 1
  • 0

Hvis jeg forstår det rigtigt, så er svaret på mit spørgsmål delvist at man ikke kan sammenligne bygningsisolering med isoleringen i en rumdragt.

Det kan man sådan set godt, fysikkens love er de samme for dem begge, men der er forskel på hvilke formler der er de vigtige.

Den udvendige overfladetemperatur indstiller sig i begge tilfælde i balance med omgivelsernes temperaturer og isolationen skal i begge tilfælde gøre det muligt at have en anden termisk situation på indersiden.

Den helt store forskel er at rumdragten kun kan udveksle energi med omgivelserne via stråling (delta-(T⁴) og alt det der) hvilket går meget hurtigt, f.eks når man bevæger sig fra lys til skyggesiden af ISS, mens en bygning overvejende, men ikke udelukkende, udveksler energi via konvektion med den forbistrømmende atmosfære, der skifter temperatur i løbet af timer.

Derfor er man ved rumdragter ikke kun interesseret i isolationsevnen (hvor meget energi der transporteres per grad temperaturforskel, men også i den termiske impedans (hvor hurtigt transporten foregår), hvilket er helt ligegyldigt for bygningsisolation.

  • 1
  • 0