Этот метод тепловой защиты использует способность нагретой поверхности излучать тепло. Поступающий к поверхности конвективный или радиационный тепловой поток повышает ее температуру. На основании второго закона термодинамики можно показать, что существует предельное количество энергии, которое может излучаться телом при данной температуре и при данной длине волны. Источник такого излучения называется абсолютно черным телом. Плотность потока излучения абсолютно черного тела определяется законом Планка. Показатель преломления и относится к среде, окружающей абсолютно черное тело. Реальные вещества не являются абсолютно черными телами, а при каждой длине волны излучают лишь часть . Коэффициент называется спектральной излучательной способностью или, проще, спектральной степенью черноты.
В основе радиационного метода охлаждения заложена идея равенства подведенного теплового потока и излучаемого обратно с нагретой поверхности теплового потока. Температура поверхности, при которой достигается это равенство, называется равновесной и может быть вычислена с помощью соотношения. При этом предполагается, что теплоотвод внутрь покрытия равен нулю. Понятно, что равновесная температура поверхности не может быть выше температуры разрушения данного типа покрытия ГРа3р, поэтому максимальный тепловой поток, который может быть снят с поверхности методом радиационного охлаждения, ограничен величиной.
В качестве конструкционных материалов для систем с радиационным охлаждением применяются тугоплавкие металлы — молибден, вольфрам и др., однако в окислительной среде, в том числе и в воздухе, температура их разрушения Гразр оказывается намного ниже температуры плавления. В тех случаях, когда радиационная система тепловой защиты работает при малых давлениях окружающей среды необходимо считаться с возможностью сублимации поверхности. Следует иметь в виду, что радиационный метод защиты применим для охлаждения открытых в окружающее пространство частей изделия, поскольку в противном случае возможно самооблучение конструкции.Если спектральная степень черноты сравнительно слабо зависит от температуры излучающей поверхности, но сильно меняется с длиной волны, то интегральное значение степени черноты существенно зависит от температуры, поскольку максимум распределения плотности потока излучения с ростом Т сдвигается в область коротких длин волн.
Вид кривых зависимости коэффициента от принципиально различен у полированных металлов (или в общем случае проводников) и окислов (или диэлектриков). У металлов степень черноты уменьшается с ростом длины волны, а у диэлектриков — она в инфракрасной области возрастает. Соответственно чистые полированные металлы характеризуются низкими значениями интегральной степени черноты при малых температурах. Однако шероховатость, загрязнение поверхности или наличие толстого слоя окислов (либо анодирование) может уровнять степени черноты металлов и диэлектриков. Интегральные степени черноты металлов с увеличением температуры несколько растут, тогда как у диэлектриков падают. Принципиально возможна защита и от радиационных тепловых потоков. Так, в открытом космосе используются терморегулирующие покрытия, обладающие низкими степенями черноты (или коэффициентами поглощения) в видимом диапазоне спектра, на который в основном приходится изучение Солнца, и большими в инфракрасной области.
11 июля 2012
