Maģiskais siltumizolācijas materiāls - Airgel

Marsa virsma ir daudz vēsāka nekā Zeme, un minimālā temperatūra ir zemāka par -100 grādiem. Kā roveris atrisina siltumizolācijas problēmu tik zemas temperatūras vidē?

Faktiski kosmosa kuģi Zemes orbītā un zondes uz Mēness virsmas arī saskaras ar skarbu temperatūras vidi. Lai uzturētu kosmosa kuģa iekārtu darbību salīdzinoši komfortablas temperatūras vidē, parasti kosmosa kuģim uzliekot sava veida izolāciju, ko sauc par daudzslāņu siltumizolācijas komponentiem "apģērbs", lai kosmosa kuģis netiktu ietekmēts neatkarīgi no tā, vai ārējā vide ir auksta vai karsta. .

Tomēr daudzslāņu siltumizolācijas sastāvdaļai ir labas siltumizolācijas īpašības tikai vakuumā. Oglekļa dioksīda gāzes vidē, kas atrodas aptuveni 800 Pa uz Marsa virsmas, tās siltumizolācijas efekts tiek zaudēts. Tāpēc roveram jābūt izolētam ar aerogelu.

Airgels ir nanoporains ciets materiāls, kurā dispersijas vide ir gāze, un koloidālās daļiņas vai polimēra molekulas ir apvienotas tīkla struktūrā. Aerogela tīkla struktūras pamatdaļiņu diametrs ir 1-20 nm, un poru izmērs ir 1-100 nm. Tā kā poru izmērs materiālā ir mazāks par gaisa molekulu vidējo brīvo ceļu, gāzes konvekciju var efektīvi nomākt.

Tātad, kas ir tik maģisks aerogelos?

1) Laba siltumizolācijas veiktspēja

Siltumizolācijā izmantotā PTFE siltumvadītspēja ir {{0}},27 W/(m•K), savukārt nanoaerogelu siltumvadītspēja parasti ir 0,02 W/(m•K), kas ir tikai 1/13 no PTFE. . Tas ir tāpēc, ka oglekļa dioksīda gāze stāv nelielās spraugās Marsa atmosfērā, tāpēc nevar attīstīties konvektīvā siltuma pārnese. Aerogela mikrostruktūra ir salīdzinoši plāna, un siltuma pārneses ceļš ir garš, kas samazina siltuma vadīšanas spēju. Tāpēc zema blīvuma nanoaerogela materiāls ir labākais siltumizolācijas materiāls Marsa rovera siltuma kontroles sistēmai.

(2) Viegls svars

Dzelzs blīvums ir 7800kg/m3, kas nozīmē, ka 1 kubikmetrs dzelzs sver 7,8 tonnas; gaisa blīvums ir 1,29 kg/m3, kas nozīmē, ka 1 kubikmetrs gaisa sver 1,29 kilogramus. Marsa rovera izmantotā aerogela blīvums ir 30 kg/m3, kas ir aptuveni 23 reizes lielāks nekā gaisa blīvums. Aerogela ražošanas laikā šķidrums gēlā tiek aizstāts ar gāzi, veidojot daudz caurumu un strukturālo šūnu, tāpēc blīvums ir ārkārtīgi zems.