Fagstoff

Varmestråling

Publisert: 01.09.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut
Stråling

Utstrålingen fra sola har et bredt spektrum, fra røntgen-stråling til radiobølger i kortbølgebåndet. Effekten er betydelig, ca. 1,4 kW per kvadratmeter, og den utsetter en satellitt for store varmepåvirkninger av enkelte deler. Dessuten kan satellitter tilbringe tid i jordskyggen, og det fører til kraftig avkjøling.

Sola stråler som et svart legeme, og når vi regner med all stråling fra ultrafiolett til infrarødt, vil den ha en temperatur på 5 760 grader. 90 % av den utstrålte energien ligger innenfor et spektrum mellom bølgelengder 0,3 og 2,5 mikron, med maksimal intensitet nær 0,5 mikron. I dette spektralområdet varierer ikke utstrålingen særlig mye over den 11-årige solsyklusen. Sola har en tilsynelatende diameter på 32 bueminutter.

 

Varmestråling. Illustrasjon.Varmestråling: Direkte sollys, refleksjon fra jordoverflata (albedo) og varmestråling, infrarødt, fra jorda.
Opphavsmann: Gunnar Stette
 

En satellitt i en jordbane vil motta en fluks på 1 371 W/m2 når avstanden er lik gjennomsnittavstanden fra jorda til sola, som kalles 1 IAU (International Astronomic Unit). Denne intensiteten kalles også solkonstanten. Avstanden fra jord til sol varierer med ± 1,7 % over året. Siden fluksen varierer med kvadratet av avstanden, vil den variere med ± 3,4 %.

Stråling fra jorda består av reflektert solstråling (albedo) og egenstråling, varmestråling, som skyldes at jorda er et varmt legeme. Egenstrålingen fra jordoverflata tilsvarer den som kommer fra et legeme med en temperatur på 288 K, mens tilsvarende verdi fra atmosfæren, når den er ugjennomtrengelig på grunn av skyer, er 218 K. Gjennomsnittlig verdi ligger på ca. 255 K. Dette er i det infrarøde området, og bølgelengden er hovedsaklig i området 10 til 15 mikron. Drivhuseffekten er knyttet til det forhold at den infrarøde utrålingen hindres av atmosfæren, mens solstrålene rundt 0,5 mikron slipper igjennom inn til jorda.

Jordstrålingen i den avstand fra jorda som tilsvarer den geostasjonære bane, utgjør mindre enn 40 W/m2, og det er betydelig lavere enn solstrålingen. I lave jordbaner derimot kan jordstrålingen ha betydelig innflytelse på den termiske balansen i en satellitt. Det skyldes at jorda fyller en mye større romvinkel.

Verdensrommet forøvrig er kaldt, ca. 4 K, eller ca. –269 grader Celsius. Det betyr at de flatene på en satellitt som vender mot verdensrommet, blir utsatt for en kraftig avkjøling.

Ved siden av sollyset kan vi si at en satellitt er omgitt av en viss romvinkel jord med temperatur 255 K og i resten av romvinkelen et verdensrom med en temperatur på 4 K.

Når en satellitt kommer inn i jordskyggen, vil temperaturen synke raskt. Lavbanesatellitter kan tilbringe en stor del av tiden i jordskyggen, mens geostasjonære satellitter vil passere jordskyggen i løpet av opp til 70 minutter rundt midnatt noen døgn omkring vår- og høstjevndøgn.

Ved siden av å påvirke varmebalansen i satellitten vil kraftig solstråling føre til lokal oppvarming av en satellitt. Hvis materialet utvider seg som følge av oppvarmingen, kan det føre til mekaniske deformasjoner. Det kan blant annet føre til at antennereflektorer forandrer form og da vil de ikke lenger være perfekte speil for radiobølgene. Konsekvensen er redusert antennevinning og kanskje avvik i stråleretning.