ฉนวนหลายชั้น ( MLI ) คือฉนวนกันความร้อนที่ประกอบด้วยแผ่นบางหลายชั้น และมักใช้กับยานอวกาศและอุปกรณ์แช่แข็งเรียกอีกอย่างว่าฉนวนพิเศษ^{[ 1 ]} MLI เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของการออกแบบความร้อน ของยานอวกาศ โดย มีจุดประสงค์หลักเพื่อลดการสูญเสียความร้อนจากการแผ่รังสีความร้อนในรูปแบบพื้นฐาน ฉนวนนี้ไม่สามารถป้องกันการสูญเสียความร้อนอื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่นการนำความร้อนหรือการพาความร้อนดังนั้นจึงมักใช้กับดาวเทียมและการใช้งานอื่นๆ ในสุญญากาศ ซึ่งการนำความร้อนและการพาความร้อนมีความสำคัญน้อยกว่า และการแผ่รังสีมีบทบาทสำคัญ MLI ทำให้ดาวเทียมและยานสำรวจอวกาศอื่นๆ มีลักษณะเหมือนถูกหุ้มด้วยฟอยล์สีทอง ซึ่งเป็นผลมาจากชั้น Kaptonสีเหลืองอำพันที่เคลือบอยู่บนไมลาร์เคลือบอะลูมิเนียมสี เงิน

สำหรับการใช้งานที่ไม่เกี่ยวข้องกับยานอวกาศ MLI ทำงานเป็นส่วนหนึ่งของระบบฉนวน สุญญากาศ เท่านั้น^{[ 1 ]}สำหรับการใช้งานในระบบไครโอเจนิกส์ สามารถติดตั้ง MLI ที่ห่อหุ้มไว้ภายในวงแหวนของท่อหุ้มฉนวนสุญญากาศได้^{[ 2 ]}นอกจากนี้ MLI ยังสามารถใช้ร่วมกับฉนวนสุญญากาศขั้นสูงสำหรับการใช้งานในอุณหภูมิสูงได้อีกด้วย^{[ 3 ]}

หลักการเบื้องหลัง MLI คือสมดุลการแผ่รังสี เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมมันถึงได้ผล ลองเริ่มจากตัวอย่างที่เป็นรูปธรรม – ลองนึกภาพพื้นผิวขนาดหนึ่งตารางเมตรในอวกาศ ที่มีอุณหภูมิคงที่ 300 K (27 °C; 80 °F) มีค่าการแผ่รังสีเท่ากับ 1 และหันหน้าออกจากดวงอาทิตย์หรือแหล่งความร้อนอื่นๆ จากกฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์พื้นผิวนี้จะแผ่รังสีออกมา 460 W ทีนี้ลองนึกภาพการวางชั้นบางๆ (แต่ทึบแสง) ห่างจากแผ่นเดิม 1 ซม. (0.4 นิ้ว) โดยมีค่าการแผ่รังสีเท่ากับ 1 เช่นกัน ชั้นใหม่นี้จะเย็นลงจนกระทั่งแผ่รังสีออกมา 230 W จากแต่ละด้าน ณ จุดนี้ทุกอย่างอยู่ในสมดุล ชั้นใหม่ได้รับความร้อน 460 W จากแผ่นเดิม 230 W แผ่กลับไปยังแผ่นเดิม และ 230 W แผ่ไปยังอวกาศ พื้นผิวเดิมยังคงแผ่รังสี 460 วัตต์ แต่ได้รับพลังงานคืน 230 วัตต์จากชั้นใหม่ ทำให้สูญเสียพลังงานสุทธิ 230 วัตต์ ดังนั้นโดยรวมแล้ว การสูญเสียรังสีจากพื้นผิวลดลงครึ่งหนึ่งเมื่อเพิ่มชั้นใหม่เข้าไป

สามารถเพิ่มชั้นเพิ่มเติมเพื่อลดการสูญเสียลงได้อีก ผ้าห่มสามารถปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นได้โดยทำให้พื้นผิวด้านนอกสะท้อนรังสีความร้อน ได้สูง ซึ่งจะช่วยลดทั้งการดูดซับและการแผ่รังสี ประสิทธิภาพของชั้นฉนวนสามารถวัดได้ในแง่ของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมUซึ่งกำหนดอัตราการไหลของความร้อนจากการแผ่รังสีQระหว่างพื้นผิวคู่ขนานสองพื้นผิวที่มีความแตกต่างของอุณหภูมิและพื้นที่Aดังนี้ ${\displaystyle \Delta T}$

${\displaystyle Q=UA\Delta T.}$

ตามทฤษฎีแล้ว ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนระหว่างสองชั้นที่มีค่าการแผ่รังสีและที่อุณหภูมิสัมบูรณ์และในสภาวะสุญญากาศ คือ ${\displaystyle \epsilon _{1}}$${\displaystyle \epsilon _{2}}$${\displaystyle T_{1}}$${\displaystyle T_{2}}$

${\displaystyle U=\sigma (T_{1}^{2}+T_{2}^{2})(T_{1}+T_{2}){\frac {1}{1/\epsilon _{1}+1/\epsilon _{2}-1}},}$

โดยที่Wm ⁻² K ⁻⁴คือค่าคงที่สเตฟาน-โบลต์ซมันน์ หากความแตกต่างของอุณหภูมิไม่มากเกินไป ( ) ชั้นNชั้นที่ซ้อนกัน โดยทุกชั้นมีค่าการแผ่รังสีเท่ากันทั้งสองด้าน จะมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม ${\displaystyle \sigma =5.7\times 10^{-8}}$${\displaystyle |\Delta T|<<(T_{1}+T_{2})/2}$${\displaystyle \epsilon }$

${\displaystyle U=4\sigma T^{3}{\frac {1}{(N-1)(2/\epsilon -1)}},}$

โดยที่อุณหภูมิเฉลี่ยของชั้นต่างๆ อยู่ที่ใด เห็นได้ชัดว่า การเพิ่มจำนวนชั้นและการลดค่าการแผ่รังสีจะทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนลดลง ซึ่งเทียบเท่ากับค่าฉนวนที่สูงขึ้น ในอวกาศ ซึ่งอุณหภูมิภายนอกที่ปรากฏอาจสูงถึง 3 K ( รังสีพื้นหลังของจักรวาล ) ค่า U ที่แท้จริง จะแตกต่างออกไป ${\displaystyle T=(T_{1}+T_{2})/2}$

ชั้นของ MLI สามารถอยู่ใกล้กันได้มากเท่าที่ต้องการ ตราบใดที่ไม่มีการสัมผัสทางความร้อนช่องว่างระหว่างชั้นนั้นจำเป็นต้องมีขนาดเล็กมาก ซึ่งเป็นหน้าที่ของผ้าตาข่ายหรือผ้าโพลีเอสเตอร์บางๆ ดังแสดงในรูป เพื่อลดน้ำหนักและความหนาของผ้าห่ม ชั้นภายในจึงทำมาให้บางมาก แต่ต้องทึบรังสีความร้อน เนื่องจากไม่ต้องการความแข็งแรงทางโครงสร้างมากนัก ชั้นภายในเหล่านี้จึงมักทำจากพลาสติกบางมาก หนาประมาณ6 ไมโครเมตร ( 1/4 มิล) เช่น ไม ลาร์หรือแคปตันเคลือบด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านด้วยโลหะบางๆ ซึ่งโดยทั่วไปคือ^{เงินหรืออะลูมิเนียม [4]}เพื่อความกะทัดรัด^{ชั้นต่างๆ}จึง ถูกจัดวางให้ใกล้กันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แม้ว่าจะไม่สัมผัสกันก็ตาม เนื่องจากควรมีการนำความร้อนระหว่างชั้นน้อยหรือไม่มีเลย ผ้าห่มฉนวนทั่วไปมี 40 ชั้นขึ้นไป^{[ 4 ]} ชั้นต่างๆ อาจเป็นแบบนูนหรือย่น เพื่อให้สัมผัสกันเพียงไม่กี่จุด หรือแยกออกจากกันด้วยตาข่ายผ้าบางๆ หรือผ้าตาข่ายซึ่งสามารถเห็นได้ในภาพด้านบน ชั้นนอกสุดต้องแข็งแรงกว่า และมักจะเป็นพลาสติกที่หนาและแข็งแรงกว่า เสริมด้วยวัสดุตาข่ายที่แข็งแรงกว่า เช่นไฟเบอร์กลาส

ในการใช้งานดาวเทียม MLI จะเต็มไปด้วยอากาศในเวลาปล่อยจรวด เมื่อจรวดพุ่งขึ้น อากาศนี้จะต้องสามารถระบายออกได้โดยไม่ทำให้ผ้าห่มเสียหาย ซึ่งอาจต้องมีรูหรือช่องในชั้นต่างๆ^{[ 5 ]}แม้ว่าวิธีนี้จะลดประสิทธิภาพลงก็ตาม^{[ 6 ]}

_{ในด้านไคร โอ เจ นิ}กส์ MLI เป็นฉนวนที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด^{[ 7 ]}ดังนั้นจึงนิยมใช้ในถังก๊าซเหลว (เช่นLNG , LN2 , LH2 , LO2 ) เครื่อง ไครโอสแตท ท่อส่งไครโอเจนิก และอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวด นอกจาก _นี้ยังมีคุณค่าเนื่องจากขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบา ผ้าห่มที่ประกอบด้วย MLI 40 ชั้นมีความหนาประมาณ 20 มม. (0.79 นิ้ว) ^{[ 8 ]}และน้ำหนักประมาณ 12 กก./ตร.ม. ⁽ 2.5 ปอนด์/ตร.ฟุต) ^{[ 9 ]}

วิธีการผลิตผ้าห่ม MLI มักแตกต่างกันไปตามผู้ผลิต โดยผ้าห่ม MLI บางรุ่นผลิตโดยใช้เทคโนโลยีการเย็บเป็นหลัก โดยการตัดผ้าเป็นชั้นๆ แล้ววางซ้อนกัน จากนั้นเย็บเข้าด้วยกันที่ขอบ

วิธีการอื่นๆ ที่ทันสมัยกว่านั้น ได้แก่ การใช้ เทคโนโลยี การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD)และการผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CMMS)เพื่อเชื่อมโครงร่างที่แม่นยำของรูปทรงผ้าห่มขั้นสุดท้ายโดยใช้การเชื่อมแบบอัลตราโซนิกลงบน "ชุด" (ชุดชั้นสุดท้ายก่อนที่จะเพิ่ม "ผิว" ภายนอกด้วยมือ)

รอยต่อและช่องว่างในฉนวนเป็นสาเหตุหลักของการรั่วไหลของความร้อนผ่านผ้าห่ม MLI วิธีการใหม่กำลังได้รับการพัฒนาโดยใช้ หมุดยึดโพ ลีอีเทอร์อีเทอร์คีโตน (PEEK) (คล้ายกับตะขอพลาสติกที่ใช้ติดป้ายราคาบนเสื้อผ้า) เพื่อยึดชั้นฟิล์มให้อยู่กับที่แทนการเย็บเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพทางความร้อน^{[ 6 ]}

ยานอวกาศอาจใช้ MLI เป็นแนวป้องกันด่านแรกจากการชนของฝุ่นละออง โดยปกติแล้วหมายถึงการเว้นระยะห่างของฉนวนประมาณ 1 เซนติเมตรจากพื้นผิวที่ต้องการป้องกัน นอกจากนี้ ชั้นใดชั้นหนึ่งหรือมากกว่านั้นอาจถูกแทนที่ด้วยวัสดุที่มีความแข็งแรงทางกลสูง เช่นผ้าเบต้า

ในการใช้งานส่วนใหญ่ ชั้นฉนวนจะต้องต่อลงดิน เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการสะสมประจุและเกิดประกายไฟ ซึ่งจะก่อให้เกิดการรบกวนทางคลื่นวิทยุ เนื่องจากโครงสร้างปกติจะให้คุณสมบัติทั้งทางไฟฟ้าและความร้อน การใช้งานเหล่านี้จึงอาจใช้แผ่นอลูมิเนียมคั่นกลางแทนผ้าตาข่ายในจุดที่เย็บแผ่นฉนวนเข้าด้วยกัน

ฉนวนชั้นเดียวและฉนวนสองชั้น (SLI และ DLI ตามลำดับ) ซึ่งใช้วัสดุที่คล้ายคลึงกัน ก็เป็นเรื่องปกติในยานอวกาศเช่นกัน

• ตู้รถไฟบรรทุกไฮโดรเจนเหลว –  ยานพาหนะทางรถไฟสำหรับขนส่งวัสดุแช่แข็ง ซึ่งมีการติดตั้งฉนวนหลายชั้น
• การควบคุมอุณหภูมิของยานอวกาศ  – กระบวนการรักษาอุณหภูมิของทุกส่วนของยานอวกาศให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้

• "ดีราวกับทองคำ: ดาวเทียมถูกหุ้มด้วยแผ่นทองคำหรือไม่?"สำนักงานบริการข้อมูลดาวเทียมและสารสนเทศสิ่งแวดล้อมแห่งชาติ 8 มกราคม 2559 เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 24 ตุลาคม 2559 เรียกดูเมื่อวันที่ 24 ตุลาคม 2559
• คู่มือการควบคุมอุณหภูมิของดาวเทียมบรรณาธิการ เดวิด กิลมอร์ ISBN 1-884989-00-4โดยเฉพาะบทที่ 5 เรื่องฉนวนกันความร้อนโดยมาร์ติน โดนาเบเดียน และเดวิด กิลมอร์
• คู่มือการควบคุมอุณหภูมิของยานอวกาศ โดย JPL
• "ยานแคสสินีสวมชุดพรางความร้อน" (ข่าวประชาสัมพันธ์) NASA JPL 3 มกราคม 1997 เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 4 กันยายน 2007 เรียกดูเมื่อ 8 มกราคม2009
• บทความเฉพาะทางทั่วไปเกี่ยวกับการทดสอบ MLI ของยานแคสสินี
• การใช้งานฉนวนหลายชั้น (MLI)
• แนวทางการเลือกใช้วัสดุฉนวนหลายชั้น - เอกสารเผยแพร่ของ NASA ปี 1999 https://ntrs.nasa.gov/citations/19990047691
• ประเภทและคุณสมบัติของ MLI