Maagiline soojusisolatsioonimaterjal - Airgel

Marsi pind on palju jahedam kui Maa ja selle minimaalne temperatuur on alla -100 kraadi. Kuidas lahendab kulgur nii madala temperatuuriga keskkonnas soojusisolatsiooni probleemi?

Tegelikult seisavad Maa orbiidil olevad kosmoseaparaadid ja Kuu pinnal olevad sondid silmitsi ka karmide temperatuuridega. Kosmoselaeva seadmete töös hoidmiseks suhteliselt mugavas temperatuurikeskkonnas, asetades kosmoselaevale üldiselt teatud tüüpi isolatsiooni, mida nimetatakse mitmekihilisteks soojusisolatsioonikomponentideks "riided", nii et kosmoselaev ei mõjutaks seda, kas väliskeskkond on külm või kuum. .

Mitmekihilisel soojusisolatsioonikomponendil on aga hea soojusisolatsiooniomadus ainult vaakumis. Marsi pinnal ligikaudu 800 Pa gaasilise süsinikdioksiidi keskkonnas kaob selle soojusisolatsiooniefekt. Sellepärast tuleb kulgur aerogeeliga isoleerida.

Airgeel on nanopoorne tahke materjal, milles dispersioonikeskkonnaks on gaas ja kolloidsed osakesed või polümeeri molekulid on agregeeritud võrkstruktuuriks. Aerogeeli võrgustiku struktuuri osakeste põhiläbimõõt on 1-20 nm ja pooride suurus on 1-100 nm. Kuna materjali pooride suurus on väiksem kui õhumolekulide keskmine vaba tee, saab gaasi konvektsiooni tõhusalt maha suruda.

Niisiis, mis on aerogeelides nii maagilist?

1) Hea soojusisolatsiooni jõudlus

Soojusisolatsiooniks kasutatava PTFE soojusjuhtivus on {{0}},27W/(m•K), samas kui nanoaerogeelide soojusjuhtivus on üldiselt 0,02W/(m•K), mis on ainult 1/13 PTFE omast. . Selle põhjuseks on asjaolu, et süsinikdioksiid seisab Marsi atmosfääri väikestes tühikutes, nii et konvektiivset soojusülekannet ei saa areneda. Aerogeeli mikrostruktuur on suhteliselt õhuke ja soojusülekande tee on pikk, mis vähendab soojusjuhtivusvõimet. Seetõttu on madala tihedusega nano-aerogeeli materjal parim soojusisolatsioonimaterjal Marsi kulguri soojusjuhtimissüsteemi jaoks.

(2) Kerge kaal

Raua tihedus on 7800kg/m3, mis tähendab, et 1 kuupmeeter rauda kaalub 7,8 tonni; õhu tihedus on 1,29 kg/m3, mis tähendab, et 1 kuupmeeter õhku kaalub 1,29 kilogrammi. Marsi kulguri kasutatava aerogeeli tihedus on 30 kg/m3, mis on umbes 23 korda suurem õhu omast. Aerogeeli tootmisel asendub geelis olev vedelik gaasiga, moodustades palju auke ja struktuurseid rakke, mistõttu on tihedus ülimalt madal.