Magiskt värmeisoleringsmaterial - Aerogel
Mar 16, 2022
Mars yta är mycket svalare än jorden, med en lägsta temperatur under -100 ° C. I en så låg temperaturmiljö, hur löser rovern problemet med värmeisolering?
Faktum är att rymdfarkoster i jordens omloppsbana och sonder på månytan också står inför hårda temperaturmiljöer. För att upprätthålla rymdfarkostutrustning som arbetar i en relativt bekväm temperaturmiljö, i allmänhet genom att sätta på rymdfarkosten en slags isolering som kallas flerskikts värmeisoleringskomponenter "Kläder" så att rymdfarkosten inte påverkas om den yttre miljön är kall eller varm.
Värmeisoleringskomponenten med flera lager har emellertid god värmeisoleringsprestanda endast i vakuum. I koldioxidgasmiljön på cirka 800Pa på Mars yta går dess värmeisoleringseffekt förlorad. Det är därför rovern måste isoleras med aerogel.
Aerogel är ett nanoporöst fast material i vilket dispersionsmediet är gas och de kolloidala partiklarna eller polymermolekylerna aggregeras i en nätverksstruktur. Den grundläggande partikeldiametern för aerogelnätverksstrukturen är 1-20 nm och porstorleken är 1-100 nm. Eftersom porstorleken i materialet är mindre än den genomsnittliga fria vägen för luftmolekyler kan gaskonvektion effektivt undertryckas.
Så, vad är det som är så magiskt med aerogeler?
1) Bra värmeisoleringsprestanda
Värmeledningsförmågan hos PTFE som används för värmeisolering är 0,27W / (m • K), medan värmeledningsförmågan hos nano-aerogeler i allmänhet är 0,02W / (m • K), vilket bara är 1/13 av PTFE: s. . Detta beror på att koldioxidgas är stillastående i små luckor i Mars atmosfär, så att konvektiv värmeöverföring inte kan utvecklas. Aerogelens mikrostruktur är relativt tunn och värmeöverföringsvägen är lång, vilket minskar värmeledningskapaciteten. Därför är nano-aerogelmaterialet med låg densitet det bästa värmeisoleringsmaterialet för Mars-roverens termiska styrsystem.
(2) Lätt vikt
Järndensiteten är 7800 kg / m3, vilket innebär att 1 kubikmeter järn väger 7,8 ton; luftens densitet är 1,29 kg/ m3, vilket innebär att 1 kubikmeter luft väger 1,29 kg. Densiteten hos aerogelen som används av Mars-rovern är 30 kg / m3, vilket är cirka 23 gånger luftens. Under produktionen av aerogel ersätts vätskan i gelén med gas och bildar många hål och strukturella celler, så densiteten är extremt låg.
