Multilayer Insulation

  Multilayer Insulation (MLI) ist ein Isolationsmaterial (engl. insulation), das vorwiegend in der Raumfahrt zur Wärmedämmung eingesetzt wird. Es besteht aus wenigen bis mehreren Dutzend Lagen (engl. multilayer) metallbedampfter Kunststofffolien. MLI-Folien schützen gegen Wärmeabstrahlung, nicht jedoch gegen Wärmeverlust durch Konvektion.

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Prinzip

Ein warmer Körper gibt Wärme in Form von Strahlung an eine kältere Umgebung ab. Ein Spiegel, der die Strahlung reflektiert, verringert die Auskühlung. Dabei wärmt er sich seinerseits auf, er wird selbst zum thermischen Strahler. Im thermischen Gleichgewicht zum Körper reflektiert er bei günstiger Geometrie maximal 50% der Energie. Die andere Hälfte gibt er an die Umgebung ab. Sein effektiver Emissionsgrad ε^* sinkt auf 0,5. Ordnet man weitere Reflektoren auf der Rückseite des Spiegels an, halbieren auch sie die Verluste um die Hälfte, da die Energieabstrahlung nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz linear vom Emissionsgrad abhängt. Bei n Spiegeln verringert sich ε^* auf 1/(n+1):

ε(n)^* = 1/(n+1)

Ausführung

Im einfachsten Fall besteht eine MLI aus metallbedampften Kunststofffolien. Die Einzellagen ähneln einer Rettungsdecke. Die Metallisierung besteht aus Silber, das bei einer Dicke von wenigen Atomlagen eine goldene Farbe annimmt. Bei kritschen Anwendungen greift man auf Gold zurück, das im Infraroten einen Reflektionsgrad von mehr als 99% aufweist.

Die Metallschicht fungiert als Spiegel, die Kunststoffschicht als Wärmeisolator. Die Wärmeisolation zwischen den Spiegelschichten verbessert sich deutlich, wenn man die Folien auf Abstand hält. Ein grobmaschiges Netz aus Seide oder Kunststoff zwischen den Folien reduziert die Wärmebrücken auf die wenigen Verbingungsstege. Bei einer Doppelschicht erreicht man für ε^* Werte von 0,1 bis 0,05. Zehn Schichten senken sie auf 0,01. Auch bei mehr als 30 Schichten liegt die untere Grenze in der Praxis um 0,003.

Einsatzgebiet

  Ohne besondere Maßnahmen ist ein Satellit großen Temperaturgefälle ausgesetzt. Es fehlt die Atmosphäre, die durch Konvektion einen Temperaturausgleich herbeiführen könne. Die Wärmeleitung beschränkt sich auf Körper, die fest miteinander verbunden sind. Im Vakuum des Weltraums wird Wärme fast ausschließlich über Strahlung übertragen.

Da elektronische Geräte eine Einsatztemperatur um 20°C benötigen, wickelt man Satelliten in MLI-Folie ein. Sie schützt den Satelliten durch Rückstrahlung vor Auskühlung und unterstützt die gleichmäßige Wärmeverteilung. Im gleichen Maße schützt sie vor einem Aufheizen durch Stahlung von außen.