Contrazione termica
RISPOSTE ALLE DOMANDE DI AMERICAN MOON
In secondo luogo, i due oggetti partono da temperature molto diverse. La temperatura di partenza è un fattore importante, perché la velocità di raffreddamento dipende moltissimo dallo sbalzo di temperatura. Non sappiamo quale sia la temperatura raggiunta dal rover al sole, ma deve essere piuttosto alta, dato che il rover assorbe calore in due modi: per irraggiamento dal sole e dal suolo, che può superare i 100°C, e per conduzione dal suolo stesso, attraverso le ruote. Il team di scienziati della PTScientist, che ha testato il rover nel deserto del Qatar, ha dichiarato:
Abbiamo scoperto che le nostre ruote di alluminio stampate in 3D trasmettono il calore un po’ più del previsto, perciò i motori di guida interni si sono scaldati piuttosto in fretta. Tuttavia i circuiti e i componenti importanti hanno continuato a funzionare nella gamma di temperature di esercizio.[1]
Di contro, la Hasselblad di Apollo 11, al momento della depressurizzazione, si trova alla stessa temperatura dell’aria e della cabina, cioè a 15-17°C[2]. Una volta aperto il portellone, la fotocamera si ritrova nel vuoto, ma prima di essere portata all’aperto rimane 20 minuti in cabina[3]. Poiché, però, la Hasselblad è completamente circondata dalla cabina, che è alla sua stessa temperatura, non c’è nessun trasferimento netto di calore, quindi la sua temperatura rimane uguale a quella della cabina. Ricordiamo, infatti, che il calore si trasmette soltanto da un corpo caldo a un corpo più freddo.
Naturalmente, un po’ di calore sfugge nello spazio attraverso il portellone, e altro viene irradiato verso l’esterno dalle pareti della cabina, ma viene recuperato almeno in parte dall’irraggiamento del sole (gli strati isolanti del LEM non sono perfetti). In più, i pannelli elettrici, come ad esempio la radio, continuano a funzionare e a generare calore in cabina. Sebbene il bilancio termico sia difficile da quantificare, è molto improbabile che la cabina e la Hasselblad abbiano perso più di qualche grado in quei 20 minuti.
Solo quando finalmente la Hasselblad viene portata fuori dal modulo, la sua situazione si avvicina a quella del rover in ombra, anche se con i dovuti distinguo. Entrambi gli oggetti si ritrovano circondati da un ambiente più freddo: il terreno è a circa -100°C, mentre lo spazio ha una temperatura di -270°C. Poiché emettono calore senza ricevere in cambio quasi nulla dall’ambiente, iniziano a raffreddarsi. Ciò che preoccupa i tecnici Audi è il raffreddamento troppo veloce del rover, causato dal grande sbalzo di temperatura e dal fatto che la dispersione del calore avviene anche per conduzione attraverso le ruote. Il raffreddamento della Hasselblad è più lento, perché ha una temperatura iniziale molto più bassa e perché perde calore solo per irraggiamento (il supporto sulla tuta di Armstrong è irrilevante dal punto di vista della conduzione del calore).
La Hasselblad lunare è progettata per funzionare fino a 65 gradi sotto zero[4]. Ma la macchina rimane all’ombra del LEM per soli 6 minuti, da quando Aldrin la cala giù dal portellone a quando Armstrong termina la prima panoramica e si dirige al sole[5]. Per scendere da una decina di gradi sopra lo zero a 65 gradi sotto zero in 6 minuti servirebbe un raffreddamento di 12 gradi al minuto, che è fisicamente impossibile. Anche nel caso migliore, la macchina si raffredderebbe a una velocità iniziale di 9 gradi al minuto, che andrebbe a diminuire insieme alla temperatura[6].
- Dal video promozionale Audi (traduzione di American Moon): Un altro pericolo da cui guardarsi sono le ombre, che potrebbero di colpo danneggiare il rover. Questo è dovuto alle variazioni estreme di temperatura e alla mancanza di atmosfera. Il rover è costruito con materiali diversi che si espandono e si contraggono con i cambi di temperatura. Se il rover dovesse finire in una zona d’ombra, potrebbe raffreddarsi al 50% della sua temperatura in meno di 10 minuti. Questo potrebbe causare una contrazione troppo rapida dei suoi meccanismi, che finirebbe per immobilizzare il rover.
- Domanda #31 - Se i tecnici della AUDI temono il blocco completo delle parti meccaniche della sonda dopo soltanto dieci minuti di permanenza nell'ombra lunare, come può continuare a funzionare una macchina fotografica, che in quell'ombra ci è rimasta per oltre mezz'ora, ed i cui meccanismi sono molto più precisi e delicati di quelli di un veicolo lunare?
In secondo luogo, i due oggetti partono da temperature molto diverse. La temperatura di partenza è un fattore importante, perché la velocità di raffreddamento dipende moltissimo dallo sbalzo di temperatura. Non sappiamo quale sia la temperatura raggiunta dal rover al sole, ma deve essere piuttosto alta, dato che il rover assorbe calore in due modi: per irraggiamento dal sole e dal suolo, che può superare i 100°C, e per conduzione dal suolo stesso, attraverso le ruote. Il team di scienziati della PTScientist, che ha testato il rover nel deserto del Qatar, ha dichiarato:
Abbiamo scoperto che le nostre ruote di alluminio stampate in 3D trasmettono il calore un po’ più del previsto, perciò i motori di guida interni si sono scaldati piuttosto in fretta. Tuttavia i circuiti e i componenti importanti hanno continuato a funzionare nella gamma di temperature di esercizio.[1]
Di contro, la Hasselblad di Apollo 11, al momento della depressurizzazione, si trova alla stessa temperatura dell’aria e della cabina, cioè a 15-17°C[2]. Una volta aperto il portellone, la fotocamera si ritrova nel vuoto, ma prima di essere portata all’aperto rimane 20 minuti in cabina[3]. Poiché, però, la Hasselblad è completamente circondata dalla cabina, che è alla sua stessa temperatura, non c’è nessun trasferimento netto di calore, quindi la sua temperatura rimane uguale a quella della cabina. Ricordiamo, infatti, che il calore si trasmette soltanto da un corpo caldo a un corpo più freddo.
Naturalmente, un po’ di calore sfugge nello spazio attraverso il portellone, e altro viene irradiato verso l’esterno dalle pareti della cabina, ma viene recuperato almeno in parte dall’irraggiamento del sole (gli strati isolanti del LEM non sono perfetti). In più, i pannelli elettrici, come ad esempio la radio, continuano a funzionare e a generare calore in cabina. Sebbene il bilancio termico sia difficile da quantificare, è molto improbabile che la cabina e la Hasselblad abbiano perso più di qualche grado in quei 20 minuti.
Solo quando finalmente la Hasselblad viene portata fuori dal modulo, la sua situazione si avvicina a quella del rover in ombra, anche se con i dovuti distinguo. Entrambi gli oggetti si ritrovano circondati da un ambiente più freddo: il terreno è a circa -100°C, mentre lo spazio ha una temperatura di -270°C. Poiché emettono calore senza ricevere in cambio quasi nulla dall’ambiente, iniziano a raffreddarsi. Ciò che preoccupa i tecnici Audi è il raffreddamento troppo veloce del rover, causato dal grande sbalzo di temperatura e dal fatto che la dispersione del calore avviene anche per conduzione attraverso le ruote. Il raffreddamento della Hasselblad è più lento, perché ha una temperatura iniziale molto più bassa e perché perde calore solo per irraggiamento (il supporto sulla tuta di Armstrong è irrilevante dal punto di vista della conduzione del calore).
La Hasselblad lunare è progettata per funzionare fino a 65 gradi sotto zero[4]. Ma la macchina rimane all’ombra del LEM per soli 6 minuti, da quando Aldrin la cala giù dal portellone a quando Armstrong termina la prima panoramica e si dirige al sole[5]. Per scendere da una decina di gradi sopra lo zero a 65 gradi sotto zero in 6 minuti servirebbe un raffreddamento di 12 gradi al minuto, che è fisicamente impossibile. Anche nel caso migliore, la macchina si raffredderebbe a una velocità iniziale di 9 gradi al minuto, che andrebbe a diminuire insieme alla temperatura[6].
- Moon rover takes on Qatar’s desert heat and survives, Doha News, 2016
- E.L. Michel et al., Environmental Factors, Biomedical Results of Apollo, 1975
- Vedi orari missione da 109:07:33 (EVA Preparations) a 109:26:54 (One Small Step), Apollo 11 Lunar Surface Journal, 1995
- Hasselblad in Space
- Vedi orari missione da 109:26:54 a 109:33:25, One Small Step, Apollo 11 Lunar Surface Journal, 1995
- Risultato della legge di Stefan-Bolzmann applicata a un corpo corpo nero con una superficie di 0,1 m2, una massa di 2 kg e il calore specifico dell’acciaio.
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