مواد عایق حرارتی جادویی - آئروگل

سطح مریخ بسیار خنک تر از زمین است که حداقل دمای آن زیر ۱۰۰- درجه سانتی گراد است. در چنین محیط دمای پایینی، روور چگونه مشکل عایق حرارتی را حل می کند؟

در واقع فضاپیماها در مدار زمین و کاوشگرهایی در سطح ماه نیز با محیط های دمایی خشن مواجه هستند. به منظور حفظ تجهیزات فضاپیما که در یک محیط دمایی نسبتاً راحت کار می کنند، عموماً با قرار دادن بر روی فضاپیما نوعی عایق به نام اجزای عایق حرارتی چند لایه «لباس» به طوری که فضاپیما تحت تأثیر سرد یا گرم بودن محیط خارجی قرار نخواهد گرفت.

با این حال، جزء عایق حرارتی چند لایه عملکرد عایق حرارتی خوبی تنها در یک خلاء دارد. در محیط گاز دی اکسید کربن حدود ۸۰۰Pa در سطح مریخ اثر عایق حرارتی آن از بین می رود. به همین دلیل است که روور باید با آئروگل عایق شود.

آئروگل یک ماده جامد نانو متخلخل است که در آن محیط پخش گاز است، و ذرات کلوئیدی یا مولکول های پلیمری به یک ساختار شبکه ای تجمیع می شوند. قطر ذرات پایه ساختار شبکه آئروگل ۱ تا ۲۰ نانومتر، و اندازه منفذ ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. از آنجا که اندازه منفذ در ماده کوچکتر از میانگین مسیر آزاد مولکول های هوا است، می توان همجواری گاز را به طور مؤثر سرکوب کرد.

خب، چي اينقدر جادويي در مورد آئروگل ها هست؟

۱) عملکرد عایق حرارتی خوب

هدایت حرارتی PTFE مورد استفاده برای عایق حرارتی 0.27W/(m•K) است، در حالی که هدایت حرارتی نانو آئروگل ها به طور کلی 0.02W/(m•K) است که تنها 1/13 از PTFE است. . این به این دلیل است که گاز دی اکسید کربن در شکاف های کوچک در جو مریخ راکد است، به طوری که انتقال گرمای همبستر نمی تواند توسعه یابد. ریز ساختار آئروگل نسبتاً نازک است، و مسیر انتقال حرارت طولانی است که ظرفیت هدایت گرما را کاهش می دهد. بنابراین ماده نانو آئروگل با چگالی پایین بهترین ماده عایق حرارتی برای سیستم کنترل حرارتی مریخ نورد است.

(2) سبک وزن

چگالی آهن ۷۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است، به این معنی که ۱ متر مکعب آهن ۷٫۸ تن وزن دارد؛ چگالی هوا ۱٫۲۹ کیلوگرم بر متر مکعب است و این بدان معناست که ۱ متر مکعب هوا ۱٫۲۹ کیلوگرم وزن دارد. چگالی آئروگل مورد استفاده مریخ نورد ۳۰ کیلوگرم بر متر۳ است که حدود ۲۳ برابر هوا است. در طول تولید آئروگل، مایع در ژل با گاز جایگزین می شود و سوراخ ها و سلول های ساختاری زیادی را تشکیل می دهد، بنابراین چگالی به شدت کم است.