Magiczny materiał termoizolacyjny - Aerożel

Powierzchnia Marsa jest znacznie chłodniejsza niż Ziemi, a minimalna temperatura wynosi poniżej -100 stopnia . Jak łazik rozwiązuje problem izolacji termicznej w środowisku o tak niskiej temperaturze?

W rzeczywistości statki kosmiczne na orbicie Ziemi i sondy na powierzchni Księżyca również muszą stawić czoła trudnym warunkom temperaturowym. W celu utrzymania sprzętu statku kosmicznego działającego we względnie komfortowych warunkach temperaturowych, zwykle poprzez założenie na statek izolację zwaną wielowarstwowymi elementami izolacji termicznej „Odzież”, dzięki czemu statek kosmiczny nie będzie dotknięty, niezależnie od tego, czy środowisko zewnętrzne jest zimne, czy gorące .

Jednak wielowarstwowy składnik termoizolacyjny ma dobre właściwości termoizolacyjne tylko w próżni. W środowisku gazowego dwutlenku węgla o wartości około 800Pa na powierzchni Marsa traci się jego efekt termoizolacyjny. Dlatego łazik należy zaizolować aerożelem.

Aerożel to nanoporowaty materiał stały, w którym medium dyspersyjnym jest gaz, a cząstki koloidalne lub cząsteczki polimeru są agregowane w strukturę sieciową. Podstawowa średnica cząstek struktury sieci aerożelu wynosi 1-20 nm, a wielkość porów to 1-100 nm. Ponieważ rozmiar porów w materiale jest mniejszy niż średnia swobodna droga cząsteczek powietrza, konwekcję gazu można skutecznie stłumić.

Więc co jest takiego magicznego w aerożelach?

1) Dobra izolacyjność termiczna

Przewodność cieplna PTFE użytego do izolacji termicznej wynosi {{0},27W/(m•K), podczas gdy przewodność cieplna nanoaerożeli wynosi na ogół 0,02W/(m•K), co stanowi zaledwie 1/13 tego z PTFE. . Dzieje się tak, ponieważ dwutlenek węgla pozostaje w stanie stagnacji w małych szczelinach w marsjańskiej atmosferze, tak że konwekcyjny transfer ciepła nie może być rozwinięty. Mikrostruktura aerożelu jest stosunkowo cienka, a droga wymiany ciepła długa, co zmniejsza zdolność przewodzenia ciepła. Dlatego materiał nanoaerożelowy o niskiej gęstości jest najlepszym materiałem termoizolacyjnym dla systemu kontroli termicznej łazika marsjańskiego.

(2) Lekka waga

Gęstość żelaza wynosi 7800 kg/m3, co oznacza, że ​​1 metr sześcienny żelaza waży 7,8 tony; gęstość powietrza wynosi 1,29 kg/m3, co oznacza, że ​​1 metr sześcienny powietrza waży 1,29 kg. Gęstość aerożelu używanego przez łazik marsjański wynosi 30 kg/m3, czyli około 23 razy więcej niż gęstość powietrza. Podczas produkcji aerożelu płyn w żelu jest zastępowany gazem, tworzącym wiele dziur i komórek strukturalnych, dzięki czemu gęstość jest niezwykle niska.