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Materiais especializados podem controlar passivamente a temperatura interna dos habitats espaciais

Materiais especializados podem controlar passivamente a temperatura interna dos habitats espaciais

Áreas do espaço têm temperaturas muito diferentes dependendo se estão diretamente na luz solar ou não. Por exemplo, as temperaturas na Lua podem variar de 121 °C durante o “dia” lunar (que dura duas semanas), depois cair para -133 °C à noite, abrangendo uma oscilação de 250 °C. Estabilizar a temperatura dentro de um habitat nesses ambientes exigiria aquecimento e resfriamento em uma escala nunca antes conduzida na Terra. Mas e se houvesse uma maneira de aliviar o fardo dessas oscilações de temperatura? Materiais de mudança de fase (PCMs) podem ser a resposta, de acordo com um novo artigo de pesquisadores da Universidad Politecnica de Madrid.

Os PCMs são conhecidos há algum tempo e atualmente são usados ​​em várias indústrias, incluindo baterias, usinas de energia solar, bombas de calor e até mesmo naves espaciais. Talvez o mais interessante seja que eles têm sido usados ​​para resfriar e aquecer o interior de edifícios na Terra.

Eles fazem isso absorvendo calor durante as partes quentes de um período (seja um dia ou estação) e emitindo esse calor nas partes mais frias de um período posterior. Eles agem como um “dissipador” térmico gigante, fazendo com que demore mais para aquecer ou esfriar e fornecendo isolamento para qualquer coisa que os rodeie.

DaVinci de dois bits explica como os PCMs funcionam em casas terrestres.
Crédito – Canal Two-bit DaVinci no YouTube

Outra maneira de pensar nisso é através do conceito de inércia térmica. Quando um objeto, como um edifício, está no Sol, ele é diretamente impactado pelos raios solares, fazendo com que ele aqueça. Alternativamente, se ele não estiver mais no Sol, mas ainda contiver muita energia térmica, ele começará a irradiar parte desse calor para longe. No vácuo, a energia radiativa é transmitida através da luz infravermelha como o espaço.

Os PCMs têm uma inércia térmica tão grande porque absorvem ou emitem muita energia à medida que mudam entre fases, como entre sólido e líquido ou líquido e gás. Por exemplo, o artigo descreve o uso de n-octadecano como um dos PCMs sendo considerados. Ele muda de estado em torno de 28 °C, um pouco acima da temperatura ambiente. O que o torna perfeito para manter uma sala exatamente nessa temperatura.

Alterar a temperatura de algo construído com PCMs é muito mais complicado, e esse desafio pode facilitar a regulação da temperatura dentro de um habitat espacial. Os pesquisadores modelaram o que aconteceria se um habitat espacial fosse construído com PCMs dentro das paredes, e encontraram uma diminuição significativa no aquecimento e resfriamento necessários para manter o habitat dentro da faixa de temperatura confortável para humanos.

O controle térmico é um dos aspectos de um habitat espacial autossustentável, como Fraser discute com a Dra. Annika Rollock.

Outros fatores foram incluídos no cálculo, como a refletividade da superfície externa da parede e a parte do ciclo solar que o Sol estava vivenciando. No entanto, os autores descobriram que, dadas as condições ideais, os projetistas poderiam aquecer e resfriar completamente passivamente um habitat espacial usando apenas PCMs.

Esse é um feito bastante impressionante, embora as condições ideais sejam improváveis ​​de acontecerem na prática. Ainda assim, qualquer economia de energia que os materiais possam proporcionar será bem-vinda em um habitat que provavelmente ficará sem energia quando começar. No entanto, existem muitas ideias diferentes sobre como esses habitats devem ser construídos, incluindo o uso de regolito na Lua. Não está claro o quão viável seria incluir PCMs em paredes de cavernas ou outras estruturas envolvendo materiais locais. A grande quantidade de PCMs necessária para controlar termicamente um habitat humano massivo também pode ser proibitivamente cara para lançar aos preços atuais.

No entanto, os materiais continuam melhorando, e há vantagens óbvias em usar esses materiais nesse contexto. Embora eles possam não ser integrados em alguns dos habitats iniciais que a humanidade constrói no espaço, eles serão, sem dúvida, usados ​​em habitats futuros, e este artigo é um passo em direção a isso.

Saber mais:
Kachalov e outros – Projeto Preliminar de um Habitat Espacial Controlado Termicamente Usando Materiais de Mudança de Fase
UT – O Futuro da Colonização Espacial – Terraformação ou Habitats Espaciais?
UT – Onde os humanos poderiam sobreviver em nosso sistema solar?
UT – Observe um habitat espacial do tamanho de uma casa explodir (intencionalmente)

Imagem principal:
Representação artística de um habitat na Lua.
Crédito: ESA/Foster + Partners