Kouzelný tepelně izolační materiál - Aerogel
Mar 16, 2022
Povrch Marsu je mnohem chladnější než Země, s minimální teplotou pod -100 stupněm. Jak v prostředí s tak nízkou teplotou řeší rover problém tepelné izolace?
Ve skutečnosti se kosmické lodě na oběžné dráze Země a sondy na měsíčním povrchu také potýkají s drsným teplotním prostředím. Aby vybavení kosmické lodi fungovalo v relativně příjemném teplotním prostředí, obvykle tím, že se na kosmickou loď nasadí druh izolace nazývaný vícevrstvé tepelně izolační součásti „Oděvy“, aby kosmická loď nebyla ovlivněna tím, zda je vnější prostředí studené nebo horké. .
Vícevrstvá tepelně izolační složka má však dobré tepelně izolační vlastnosti pouze ve vakuu. V prostředí plynného oxidu uhličitého asi 800 Pa na povrchu Marsu se jeho tepelně izolační účinek ztrácí. Proto je potřeba rover izolovat aerogelem.
Aerogel je nanoporézní pevný materiál, ve kterém je disperzním médiem plyn a koloidní částice nebo molekuly polymeru jsou agregovány do síťové struktury. Základní průměr částic struktury aerogelové sítě je 1-20 nm a velikost pórů je 1-100 nm. Protože velikost pórů v materiálu je menší než střední volná dráha molekul vzduchu, může být konvekce plynu účinně potlačena.
Co je tedy na aerogelech tak kouzelného?
1) Dobrý tepelně izolační výkon
Tepelná vodivost PTFE použitého pro tepelnou izolaci je {{0}},27W/(m•K), zatímco tepelná vodivost nanoaerogelů je obecně 0,02W/(m•K), což je pouze 1/13 PTFE. . Je to proto, že plynný oxid uhličitý stagnuje v malých mezerách v atmosféře Marsu, takže nelze vyvinout konvekční přenos tepla. Mikrostruktura aerogelu je relativně tenká a cesta přenosu tepla je dlouhá, což snižuje kapacitu vedení tepla. Nízkohustotní nano-aerogelový materiál je proto nejlepším tepelně izolačním materiálem pro systém řízení teploty vozítka Mars.
(2) Nízká hmotnost
Hustota železa je 7800 kg/m3, což znamená, že 1 metr krychlový železa váží 7,8 tuny; hustota vzduchu je 1,29 kg/m3, což znamená, že 1 metr krychlový vzduchu váží 1,29 kilogramu. Hustota aerogelu používaného marťanským roverem je 30 kg/m3, což je asi 23krát větší hustota než vzduch. Při výrobě aerogelu je kapalina v gelu nahrazena plynem, tvořícím spoustu děr a strukturních buněk, takže hustota je extrémně nízká.
