Magični toplotnoizolacijski material - aerogel

Površje Marsa je veliko hladnejše od Zemlje, z minimalno temperaturo pod -100 stopinj. Kako v tako nizkotemperaturnem okolju rover rešuje problem toplotne izolacije?

Pravzaprav se vesoljska plovila v zemeljski orbiti in sonde na lunini površini soočajo tudi s težkimi temperaturnimi okolji. Za vzdrževanje delovanja opreme vesoljskega plovila v razmeroma udobnem temperaturnem okolju na splošno z namestitvijo na vesoljsko plovilo neke vrste izolacije, imenovane večplastne toplotnoizolacijske komponente "oblačila", tako da na vesoljsko plovilo ne bo vplivalo, ali je zunanje okolje hladno ali vroče. .

Vendar ima večplastna toplotna izolacijska komponenta dobro toplotno izolacijsko zmogljivost le v vakuumu. V okolju plina ogljikovega dioksida približno 800 Pa na površini Marsa se izgubi njegov toplotnoizolacijski učinek. Zato je treba rover izolirati z aerogelom.

Aerogel je nanoporozen trden material, v katerem je disperzijski medij plin, koloidni delci ali polimerne molekule pa so združeni v mrežno strukturo. Osnovni premer delcev mreže aerogela je 1-20 nm, velikost por pa 1-100 nm. Ker je velikost por v materialu manjša od povprečne proste poti molekul zraka, je mogoče konvekcijo plina učinkovito zatreti.

Torej, kaj je tako čarobnega pri aerogelih?

1) Dobra toplotna izolacija

Toplotna prevodnost PTFE, ki se uporablja za toplotno izolacijo, je {{0}},27W/(m•K), medtem ko je toplotna prevodnost nano-aerogelov na splošno 0,02W/(m•K), kar je samo 1/13 tistega iz PTFE. . To je zato, ker plin ogljikov dioksid miruje v majhnih vrzeli v Marsovi atmosferi, tako da ni mogoče razviti konvektivnega prenosa toplote. Mikrostruktura aerogela je razmeroma tanka, pot prenosa toplote pa je dolga, kar zmanjša sposobnost toplotne prevodnosti. Zato je nano-aerogelni material z nizko gostoto najboljši toplotnoizolacijski material za sistem toplotnega nadzora Marsovega roverja.

(2) Majhna teža

Gostota železa je 7800kg/m3, kar pomeni, da 1 kubični meter železa tehta 7,8 tone; gostota zraka je 1,29 kg/m3, kar pomeni, da 1 kubični meter zraka tehta 1,29 kilograma. Gostota aerogela, ki ga uporablja Marsov rover, je 30 kg/m3, kar je približno 23-krat večje od gostote zraka. Med proizvodnjo aerogela se tekočina v gelu nadomesti s plinom, pri čemer nastane veliko lukenj in strukturnih celic, zato je gostota izjemno nizka.