کنترل حرارتی فضاپیما
در طراحی فضاپیما ،وظیفه سیستم کنترل حرارتی ( TCS ) این است که تمام سیستم اجزای فضاپیما را در طول تمام مراحل ماموریت در بازه دمایی قابل قبولی نگه دارد. این فضاپیما باید با محیط بیرون سازگار شود که می تواند در طیف وسیعی متفاوت باشد زیرا فضاپیما در اعماق فضا در معرض شار خورشیدی یا سیاره‎ای قرار می گیرد و گرما‏‏‎‏‌ی داخلی تولیدشده توسط خود فضاپیما به فضا ساطع شود.
کنترل‎حرارتی برای عملکرد بهینه و موفقیت در ماموریت ضروری است زیرا اگر یک قطعه درمعرض دماهای‎خیلی‎بالا یا خیلی‎پایین قرار گیرد، ممکن است آسیب ببیند یا عملکرد آن به شدت تحت تأثیر قرار گیرد. کنترل حرارتی همچنین برای پایدار نگه داشتن اجزای خاص (مانند سنسورهای‎نوری، ساعت‌های‎اتمی و...) در شرایط دمایی معین ضروری است تا اطمینان حاصل شود که آنها تا حد امکان کارآمد هستند.
سیستم‎کنترل‎حرارتی می‎تواند از هر دو قسمت فعال و غیر‎فعال تشکیل شده‎باشد و به دو روش کار کند:‎سیستم کنترل حرارتی غیر فعال ( PTCS ) عبارت است از:سیستم کنترل حرارتی فعال ( ATCS ) عبارتند از: برای یک فضاپیما، محیط اصلی فعل و انفعالات ، انرژی حاصل از خورشید و گرمای‎ تابش‎شده به اعماق فضا است. سایر پارامترها نیز بر طراحی سیستم‎کنترل‎حرارتی مانند ارتفاع فضاپیما، مدار، تثبیت وضعیت و شکل فضاپیما تأثیر می‌گذارند. انواع مختلف مدار مانند مدار پایین زمین و مدار زمین ثابت نیز بر طراحی سیستم‎کنترل‎حرارتی تاثیر می گذارند.شرایط دمایی مورد نیاز در ابزار و تجهیزات موجود در فضاپیما از عوامل اصلی در طراحی سیستم کنترل حرارتی است. هدف TCS این است که همه ابزارها در محدوده دمای مجاز خود کار کنند. تمام ابزارهای الکترونیکی موجود در فضاپیما مانند دوربین‌ها، دستگاه‌های جمع آوری داده‌ها، باتری‌ها و غیره دارای محدوده دمایی ثابتی هستند. نگه داشتن این ابزارها در محدوده دمای بهینه خود برای هر ماموریت اهمیت دارد. چند نمونه از محدودیت‎ دمایی عبارتند ازپوشش‌ها ساده‌ترین و کم هزینه‌ترین تکنیک‌های TCS هستند. یک پوشش ممکن است رنگ یا ماده شیمیایی پیچیده‌تری باشد که برای کاهش یا افزایش انتقال حرارت روی سطوح فضاپیما اعمال می شود. ویژگی‌های نوع پوشش بستگی به قابلیت جذب، انتشار، شفافیت و بازتاب پذیری آنها دارد. عیب اصلی پوشش این است که به دلیل شرایط محیطی به سرعت تخریب می‌شود.
عایق چند لایه (MLI) رایج‌ترین روش کنترل حرارتی غیر‌مستقیم مورد‌ استفاده در فضاپیما است. MLI هم از تلفات حرارتی به محیط و هم از جذب گرمای بیش از حد محیط جلوگیری می‌کند. اجزای فضاپیما مانند مخازن سوخت، خطوط پیشران، باتری‌ها و سوخت جامد موتورهای موشک برای حفظ دمای ایده آل عملیات توسط عایق‌های MLI پوشیده شده‌اند. MLI از یک لایه پوشش بیرونی و یک لایه پوشش داخلی تشکیل شده است. پوشش لایه بیرونی باید در برابر نور خورشید کدر باشد، مقدار کمی ذرات آلاینده تولید کند و بتواند در محیط و دمایی که فضاپیما در معرض آن قرار می‌گیرد از بین نرود. برخی از مواد رایج مورد استفاده برای لایه بیرونی، پارچه فایبرگلاس آغشته به تفلون PTFE ، PVF تقویت شده با Nomex چسبانده شده با چسب پلی استر و FEP تفلون هستند. ویژگی اصلی لایه داخلی این است که باید تابش کم داشته باشد. متداول‌ترین ماده مورد استفاده برای این لایه، مایلار آلومینیومی در یک یا هر دو طرف آن است. لایه‌های داخلی معمولاً در مقایسه با لایه‌های بیرونی نازک‌تر هستند تا در وزن صرفه‌جویی کنند و برای کمک به تخلیه هوای محبوس شده در حین پرتاب دارای تخلخل است. پوشش داخلی روی تجهیزات اصلی فضاپیما می‌باشد و برای محافظت از آنها استفاده می‌شود. پوشش‌های داخلی اغلب به منظور جلوگیری از اتصال الکتریکی، از آلومینیوم ساخته نمی‌شوند. برخی از مواد مورد استفاده برای پوشش‌های داخلی توری داکرون و نومکس هستند. مایلار به دلیل خطر اشتعال استفاده نمی‌شود. عایق‌های MLI یک عنصر مهم در سیستم کنترل حرارتی هستند.
لوورها عناصر کنترل حرارتی فعال هستند که در اشکال مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. معمولاً آنها را روی رادیاتورهای خارجی قرار می‌دهند، لوورها همچنین می‌توانند برای کنترل انتقال‌حرارت بین سطوح داخلی فضاپیما استفاده شوند یا روی منافذ روی دیواره‌ی فضاپیما قرار گیرند. یک لوور بدون نیاز به برق برای کار کردن در حالت کاملاً گسترده می‌تواند شش برابر گرما را در حالت کاملاً بسته خود دفع کند، . پرکاربردترین لوور، لوور دو فلزی تیغه‌ای مستطیلی شکل با فنر است که به لوور کور ونیزی نیز معروف است. مجموعه‌های رادیاتور لوور از پنج عنصر اصلی صفحه پایه، تیغه‌ها، محرک‌ها، عناصر‌حسگر و عناصر ساختاری تشکیل شده‌اند.
هیترها در طراحی کنترل حرارتی برای محافظت از قطعات در شرایط محیطی سرد یا برای جبران گرمایی که دفع نمی‌شود استفاده می‌شود. بخاری‌ها با ترموستات‌ها برای کنترل دقیق دمای یک قطعه خاص استفاده می‌شوند. یکی دیگر از کاربردهای متداول بخاری‌ها گرم کردن قطعات تا حداقل دمای لازم برای شروع عملکرد آنها قبل از روشن شدن قطعات است.گرمای اضافی ایجاد شده در فضاپیما با استفاده از رادیاتور به فضا دفع می‌شود. رادیاتورها به اشکال مختلف وجود دارند، مانند پنل‌های ساختاری فضاپیما، رادیاتورهای دارای صفحه تخت که در کنار فضاپیما نصب می‌شوند و پنل‌هایی که پس از قرار گرفتن فضاپیما در مدار قرار می گیرند. وضعیت هر چه باشد، همه رادیاتورها گرما را با تابش مادون قرمز (IR) از سطوح خود دفع می‌کنند. قدرت تابش به میزان انتشار و دمای سطح بستگی دارد. رادیاتور باید هم گرمای تلف‌شده فضاپیما و هم هرگونه گرمای تابشی از محیط را دفع کند. بنابراین روی اکثر رادیاتورها روکش‌های سطحی با تابش IR پوشیده می‌شود تا دفع گرما را به حداکثر برسانند و جذب تابش خورشیدی کم را برای محدود کردن گرمای خورشید ایجاد کنند. اکثر رادیاتورهای فضاپیما گرمای الکترونیکی تولید شده داخلی در هر متر مربع که بین 100 تا 350 وات است، را رد می‌کنند.
رادیاتورهای ایستگاه فضایی بین‌المللی به‌صورت مجموعه‌ای از صفحه‌های مربع شکل سفید رنگ که به ساختار اصلی متصل شده‌اند به وضوح قابل مشاهده هستند.
لوله‌های حرارتی از یک حلقه جریان مایع دو فاز بسته با یک اواپراتور و یک کندانسور برای انتقال مقادیر نسبتاً زیاد گرما از یک مکان به مکان دیگر بدون نیروی الکتریکی استفاده می‌کنند.در طراحی فضاپیما، محافظ خورشیدی گرمای ناشی از برخورد نور خورشید به فضاپیما را محدود می‌کند یا کاهش می‌دهد. نمونه‌ای از کاربرد محافظ حرارتی در رصدخانه فضایی مادون قرمز است. محافظ خورشیدی ISO به محافظت از کرایواستات در برابر نور خورشید کمک می‌کند و همچنین با پنل‌های خورشیدی پوشانده شده است.
نباید مفهوم سپر خورشیدی در مقیاس جهانی با مهندسی زمین(اتمسفر زمین) اشتباه گرفته ‌شود، که اغلب به آن سایه‌بان فضایی یا "سپر خورشیدی" می‌گویند، در این مورد، از خود فضاپیما برای جلوگیری از نور خورشید در یک سیاره استفاده می‌شود، نه به عنوان بخشی از طراحی حرارتی فضاپیما .
نمونه‌ای از یک محافظ خورشیدی در طراحی فضاپیما، Sunshield (JWST) در تلسکوپ فضایی جیمز وب استفاده شده است.