Сегодня сложно найти такую область техники, в которой не возникали бы проблемы, связанные с теплообменом конструкции и окружающей среды.
    Наиболее интенсивной составляющей внешнего теплового потока, действующего на космический корабль или спутник при движении в околоземном пространстве, является солнечное излучение. При полёте спускаемых аппаратов, многоразовых космических кораблей и высокоскоростных самолётов их температурный режим определяется нагревом вследствие торможения в атмосфере. Эти же тепловые нагрузки будут действовать и на НКК. Но конструкция НКК, в отличие от вышеупомянутых аппаратов, будет в гораздо большей степени подвержена действию тепловых потоков от внутренних источников, прежде всего – энергоустановок (в том случае, если это будут не энергоинверсоры) и двигателей. При полёте в глубоком космосе вдали от планет и звезд этот нагружающий фактор будет практически единственным, а учитывая огромную мощность энергодвигательных систем, именно он будет определяющим для температурного режима и в большинстве других расчётных случаев. Поэтому неизбежно встаёт вопрос об отводе тепла в окружающее пространство или его утилизации.
     Единственным известным на сегодня (В СОТР скафандров для внекорабельной деятельности сейчас используется испарительное охлаждение [32], однако оно связано с расходом теплоносителя и не может быть рекомендовано для длительной работы.) способом передачи тепла в космическом вакууме является лучистый теплообмен, следовательно, необходимым элементом внешней поверхности НКК будут холодильники-излучатели (ХИ). Методики их проектирования и расчёта известны, активно разрабатываются и не будут существенно отличаться от традиционных. А вот об условиях работы ХИ на борту НКК этого уже сказать нельзя.
     Прежде всего, для ракетных КА активный участок продолжается лишь очень небольшую часть общей длительности функционирования. В тех же случаях, когда ХИ используются во время работы маршевых двигателей, невелико значение действующей на КА перегрузки.
     СОТР НКК наиболее нагружена именно на активном участке, который может продолжаться существенную часть общего времени функционирования аппарата. Перегрузка при этом может достигать одного g или более. Это, в частности, если не исключает, то затрудняет использование отдельных конструкций ХИ, например - струйно-капельных радиаторов, считающихся сейчас наиболее перспективными для КА с ЭРД и ядерными ЭУ.
     Кроме того, необходимо учитывать, что при работе полевых ПМД и энергоинверсоров могут изменяться свойства пространства, что может повлиять на распространение ИК-лучей. При полёте КА в атмосферах планет тепловой режим обеспечивается путём конвективного теплообмена, абляционного охлаждения и излучения нагретой поверхности.
     Абляционное охлаждение связано с расходом массы теплозащитного покрытия и изменения внешних обводов КА. Это неприемлемо уже для многоразовых КА с ракетным двигателем, и для НКК абляционное охлаждение может рассматриваться только как аварийное.
     Излучением при полёте в атмосфере охлаждается поверхность КА, нагретая за за счёт трения об атмосферу и торможения набегающего потока до температур, существенно больших 1000^оК. При этом весь теплообмен происходит в пограничном слое и достаточно тонком верхнем слое обшивки КА. Создание радиаторов, разогреваемых до таких температур, представляется маловероятным, а при меньшем нагреве эффективность ХИ меньше, чем других способов теплообмена в атмосфере (Мощность, излучаемая с единицы площади ХИ, пропорциональна 4-й степени температуры радиатора.).
     Т.о. при полётах НКК в атмосфере предпочтительным способом сброса излишков тепла может оказаться конвективное охлаждение, скорее всего – путём обдува окружающей атмосферой теплообменников. Для полётов в атмосфере, свойства которой заранее известны, а компоненты не являются коррозионно-опасными, можно рассмотреть прямой обдув наиболее теплонагруженных агрегатов ЭДУ НКК. Использование такой системы охлаждения для полётов в атмосфере планет рассмотрено выше.
     Внутри КК тепло может передаваться от «греющегося» агрегата к ХИ различными способами - при помощи газового или жидкого теплоносителя, тепловых труб, твердотельной теплопроводности и т.д.
     Передача с помощью жидкого или газообразного теплоносителя широко используется в энергетических установках большой мощности, в т.ч. и транспортных (на АПЛ). В качестве жидких теплоносителей в зависимости от условий эксплуатации, ожидаемой теплонапряжённости и других требований чаще всего используются вода, жидкий металл (натрий, литий, сплав свинец-висмут), жидкие углеводы (спирт и спиртовые растворы); последние широко применяются при относительно-малых тепловых потоках. Схемы с газообразным теплоносителем разделяются на открытые и замкнутые. В первых охлаждение «греющихся» агрегатов происходит путём обдува их газом наддува отсека (воздух или дыхательная смесь для ОПО, нейтральные или инетртные газы – для необитаемых) с его последующим охлаждением. Замкнутые системы организованы аналогично жидкостным теплопередающим линиям, в них может использоваться газ, выбранный из теплотехнических и эксплуатационных требований (гелий, водород, аммиак и др.). В определённых условиях оптимальной может оказаться двухфазная система, в которой жидкий теплоноситель при нагреве испаряется, переносит тепло как газ, и конденсируется в холодильнике (рабочее тело – вода, аммиак и др.).
     Главным недостатком таких систем является необходимость искусственной циркуляции хладагента, т.е. обязательно наличие каких-либо перекачивающих устройств, вероятность безотказной работы которых должна существенно превосходить таковую для любого другого агрегата энергоустановки. Используемая в наземных установках естественная циркуляция возможна только при наличии постоянной тяжести, что для КА нереализуемо.
     Тепловая труба (ТТ) представляет собою, собственно, трубу с герметично заглушенными концами, внутренняя поверхность которой покрыта пористым материалом. Для работы ТТ заполняется небольшим количеством легкоиспаряющейся жидкости. При нагреве одного из концов ТТ теплоноситель испаряется, и его пары распространяются по всему свободному объёму трубы, вплоть до холодного конца, где конденсируются снова в жидкость. Жидкость за счёт капиллярного эффекта подаётся снова в нагретый конец ТТ, замыкая термодинамический цикл. Естественно, термодинамические характеристики жидкости, размеры ТТ и характеристики пористого материала, а так же тепловой поток через ТТ и температуры горячего и холодного концов однозначно связаны между собой. Такая жёсткая связь устройства тепловых труб с конкретным местом их установки, а так же технологическая сложность их производства, являются главными причинами, сдерживающими применение ТТ в самых разных областях техники.
     Твердотельная теплопроводность «по умолчанию» задействована в любых методах передачи тепла, т.к. оно, сначала, должно пройти сквозь конструкцию охлаждаемого блока и СОТР. В «чистом» же виде твердотельная теплопроводность ограниченно применима только в приборостроении, поскольку большие тепловые потоки несовместимы с сохранением прочности конструкции, кроме того, тепло будет распространяться по всей конструкции, а не только в требуемом направлении. Рассматривать её использование для передачи больших тепловых потоков можно только при применении резко анизотропных конструкционных материалов с заданными свойствами (которых на 2007 г. ещё не существует).
     Исходя из общего требования минимизации протяжённости тепловых магистралей, возможны два варианта размещения ПИЭ в общей компоновке корабля - вблизи наружной обшивки (или на ней) и в глубине корпуса НКК.
     Обе компоновки имеют свои преимущества и недостатки. В первом случае значительно облегчается обслуживание энергоблоков и их охлаждение. Кроме того, появляется возможность их аварийного отделения, предотвращающего разрушение НКК при взрыве. Принципиальные недостатки - ПИЭ неизбежно размещаются вдали от ЦМ, что отрицательно сказывается на балансировке, и совершенно незащищены (только своей обшивкой и активной защитой всего НКК) от внешних (например, метеорных) воздействий.
     Вторая компоновка как раз обеспечивает надежное прикрытие ПИЭ элементами конструкции корабля и позволяет разместить тяжелый агрегат вблизи ЦМ. Однако проблемы обслуживания, особенно базового, и охлаждения при этом обостряются.
     Революционным для создания СОТР будет использование энергоинверсоров и в этих целях. Наконец, тепловой баланс любого КА можно рассчитать так, что все «лишнее» тепло будет уходить в окружающее пространство, но такое состояние требует постоянства режимов работы бортовых систем, оптических свойств поверхности КА и параметров окружающей среды, чего в реальности не наблюдается.