Kühlung im Satelliten?

[E. T. (Gast)]

Hallo zusammen,

ich bin beim Denken auf ein kurios anmutendes Problem gestoßen.

Wie wird denn eigentlich Elektronik im Satellit gekühlt? Sagen wir mal, 
wir haben so einen TV-Satelliten, meinetwegen Hotbird, Astra oder was da 
sonst noch rumschwirrt.

Ein paar hundert Watt werden die schon haben. Nehmen wir mal 500W an, 
von denen 50W als Wärme entstehen. Wo kommen die hin? Luftkühlung fällt 
weg. Wasser gibts auch keins.

Bleibt eigentlich nur Abstrahlung. Aber wo Strahlung rausgeht, geht auch 
Sonnenstrahlung rein, was der Kühlung wohl wenig dienlich sein dürfte.

Wo geht die Wärme also hin?

LG

[Lutz H. (luhe)]

E. T. schrieb:
> Wo geht die Wärme also hin?


Wo Licht ist, ist auch Schatten.

[A. S. (Gast)]

Die sonne kommt nur von einer Seite, außer mittags kann ein großer Teil 
gegen 3K strahlen. Da ist Kälte eher das Problem.

[oszi40 (Gast)]

Lutz H. schrieb:
> Wo Licht ist, ist auch Schatten.

Heatpipe? https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmerohr

[Wolfgang (Gast)]

E. T. schrieb:
> Bleibt eigentlich nur Abstrahlung. Aber wo Strahlung rausgeht, geht auch
> Sonnenstrahlung rein, was der Kühlung wohl wenig dienlich sein dürfte.

Das Problem hat schon Olbers im Jahre 1823 gelöst. Der Nachhimmel ist 
bekanntlich dunkel, obwohl überall Sterne stehen. Auch auf der Erde wird 
es Nachts (i.e. im Erdschatten) kalt. Das mit der Strahlungskühlung 
klappt also, solange die Sonne nicht senkrecht auf die Radiatoren 
schein. Guck dir bei der ISS die Orientierung der Solarzellen und der 
Radiatoren an ...

[A. R. (redegle)]

Es stellt sich ein thermisches Gleichgewicht ein.

Leistungsplus:
Sonnenstrahltung     (im mittel 1.367 W/m²)
Albedo der Erde      (? W/m²)
Elektrische Energie  (z.B. 12 kW beim Eurostar E3000)

Leistungsminus:
Thermische Abstrahlung: Siehe Artikel "Stefan-Boltzmann-Gesetz".


Einflussnahme:
Oberflächenbeschichtung beeinflusst den Anteil der reflektierten 
Strahlung.
Ausrichtung des Satelliten zur Sonne hin.
Bzw. Ausrichtung und Aufbau so, dass viel Anteil des Satelliten im 
eigenem Schatten liegt.
Radiatoren.
Die Satelliten sind so aufgebaut, dass sich im Innerem möglichst kein 
Temperaturgradient entsteht.

Man kann auch nach "thermal control system" googlen.

[Peter C. (spacetec)]

Bei meiner alten Firma haben wir so eine Strahlungskühlung für die 
Raumsonde Rosetta gebaut.

Die Elektronik befindet sich hinter jalousieähnlichen Aluminiumklappen, 
die je nach Temperatur über Bimetallfedern auf- oder zumachen und so die 
Temperatur im Inneren regeln ("Thermal Louvres").

Diese Klappen saßen seitlich an der Sonde und waren dadurch von der 
Sonne abgewandt, damit die Strahlung schön ins All entweichen konnte.

Das Prinzip ist schon sehr lange in Verwendung.

[Anja Zoe C. (zoe)]

Zusätzlich zu dem was Peter und Wolfgang schon erwähnt haben:

Üblicherweise sitzen die Elektronikboxen (Computer etc) auf den 
Strukturpanels der Satelliten und sind entsprechend thermisch 
angebunden.

Dre Thermalhaushalt eines Satelliten ist - zumindest im Inneren - 
manchmal erstaunlich ausgeglichen. Wir haben es vor vielen Jahren einmal 
beim GIOVE-B (der zweite Galileo Testsatellit) für den Bordcomputer 
durchgespielt. Im Nominalbetrieb schwankt die Temperatur zwischen 20 und 
25 °C, also eigentlich recht angenehm :-)

Was auf der Außenseite sitzt, ist allerdings eine völlig andere Sache 
(Solarpanels beim GEO Satellit werden richtig schön kalt und auch >100°C 
warm).

Zoe

[Michael B. (laberkopp)]

E. T. schrieb:
> Aber wo Strahlung rausgeht, geht auch Sonnenstrahlung rein,

Nicht, wenn es auf der Schattenseite liegt.
Und die Hälfte eines Satelliten liegt immer im Schatten.

Viel schlimmer ist das Vakuum.
Man baut nicht in jeden Satelliten eine Druckkammer.
Also sitzt die Elektronik im Vakuum.
Und damit entfällt Konvektionskühlung, es bleibt nur
Ableitung der Wärme (eher 500W als 50W) über Strahlung
(man will aber nicht dass es glüht) oder eben
Wärmetransport durch Wärmeleiter, wie Metalle
oder ein geschlossenes System gefüllt mit
Wärmetransportmittel (z.B. Öl), was aber auch blöd
ist wenn dann mal was undicht wird.

Heute interessant sind SMD Chips auf Alu-Leiterplatten
in einem Alugestell das die Wärme auf die Schattenseite
leitet und auf der Sonnenseite z.B. durch die Lamellen
abgeschattet ist.

[J. S. (engineer)]

Das Problem der mangelnden Kühlung haben eigentlich nur die Astronauten 
beim Außeneinsatz, weil ihnen auf der einen Seite die Sonne auf den Pelz 
brennt und auf der anderen Seite die Temperatur des Raumanzugs zu gering 
ist, für eine hohe Wärmeabstrahlung. Da geht nur wenig weg.

Die Kühler von den Heatpipes und Kompressor-Konvektoren kann man 
hingegen auf ausreichend hohen Temperaturen betreiben, um genug 
Strahlung zu haben.