Magisk termisk isoleringsmateriale - Aerogel

Mars' overflade er meget køligere end Jorden med en minimumstemperatur under -100 grad . Hvordan løser roveren problemet med termisk isolering i et miljø med lav temperatur?

Faktisk er rumfartøjer i kredsløb om Jorden og sonder på månens overflade også konfronteret med barske temperaturmiljøer. For at vedligeholde rumfartøjsudstyr, der fungerer i et relativt behageligt temperaturmiljø, generelt ved at påføre rumfartøjet en slags isolering kaldet flerlags termiske isoleringskomponenter "tøj", således at rumfartøjet ikke bliver påvirket, uanset om det ydre miljø er koldt eller varmt .

Imidlertid har flerlags termisk isoleringskomponent kun god termisk isoleringsevne i et vakuum. I kuldioxidgasmiljøet på omkring 800 Pa på overfladen af ​​Mars går dens termiske isoleringseffekt tabt. Derfor skal roveren isoleres med aerogel.

Aerogel er et nanoporøst fast materiale, hvori dispersionsmediet er gas, og de kolloide partikler eller polymermolekyler er aggregeret til en netværksstruktur. Den grundlæggende partikeldiameter af aerogel-netværksstrukturen er 1-20 nm, og porestørrelsen er 1-100 nm. Da porestørrelsen i materialet er mindre end den gennemsnitlige frie vej for luftmolekyler, kan gaskonvektion effektivt undertrykkes.

Så hvad er så magisk ved aerogels?

1) God varmeisoleringsevne

Den termiske ledningsevne af PTFE, der anvendes til termisk isolering, er {{0}}.27W/(m•K), mens den termiske ledningsevne for nano-aerogel generelt er 0.02W/(m•K), hvilket kun er 1/13 af PTFE. . Det skyldes, at kuldioxidgas er stillestående i små huller i Mars-atmosfæren, så konvektiv varmeoverførsel ikke kan udvikles. Mikrostrukturen af ​​aerogel er relativt tynd, og varmeoverførselsvejen er lang, hvilket reducerer varmeledningskapaciteten. Derfor er lavdensitets nano-aerogel-materialet det bedste termiske isoleringsmateriale til Mars-roverens termiske kontrolsystem.

(2) Let vægt

Densiteten af ​​jern er 7800 kg/m3, hvilket betyder, at 1 kubikmeter jern vejer 7,8 tons; luftens densitet er 1,29 kg/m3, hvilket betyder, at 1 kubikmeter luft vejer 1,29 kg. Densiteten af ​​aerogelen, der bruges af Mars-roveren, er 30 kg/m3, hvilket er omkring 23 gange luftens. Under fremstillingen af ​​aerogel bliver væsken i gelen erstattet af gas, der danner en masse huller og strukturelle celler, så tætheden er ekstrem lav.