Material mágico de aislamiento térmico - Aerogel
Mar 16, 2022
La superficie de Marte es mucho más fría que la Tierra, con una temperatura mínima inferior a -100 ° C. En un entorno de tan baja temperatura, ¿cómo resuelve el rover el problema del aislamiento térmico?
De hecho, las naves espaciales en órbita terrestre y las sondas en la superficie lunar también se enfrentan a entornos de temperaturas adversas. Con el fin de mantener el equipo de la nave espacial trabajando en un ambiente de temperatura relativamente cómoda, generalmente colocando en la nave espacial un tipo de aislamiento llamado componentes de aislamiento térmico multicapa "Ropa" para que la nave espacial no se vea afectada ya sea que el ambiente externo sea frío o caliente.
Sin embargo, el componente de aislamiento térmico multicapa tiene un buen rendimiento de aislamiento térmico solo en el vacío. En el ambiente de gas de dióxido de carbono de aproximadamente 800Pa en la superficie de Marte, se pierde su efecto de aislamiento térmico. Es por eso que el rover necesita ser aislado con aerogel.
El aerogel es un material sólido nanoporoso en el que el medio de dispersión es gaseoso, y las partículas coloidales o moléculas de polímero se agregan en una estructura de red. El diámetro básico de partículas de la estructura de la red de aerogel es de 1-20 nm, y el tamaño del poro es de 1-100 nm. Dado que el tamaño de los poros en el material es más pequeño que la trayectoria libre media de las moléculas de aire, la convección de gas se puede suprimir de manera efectiva.
Entonces, ¿qué tiene de mágico el aerogel?
1) Buen rendimiento de aislamiento térmico
La conductividad térmica del PTFE utilizada para el aislamiento térmico es de 0.27W / (m • K), mientras que la conductividad térmica de los nanoaerongeles es generalmente de 0.02W / (m • K), que es solo 1/13 de la del PTFE. . Esto se debe a que el gas de dióxido de carbono está estancado en pequeños espacios en la atmósfera marciana, por lo que no se puede desarrollar la transferencia de calor convectiva. La microestructura del aerogel es relativamente delgada y la ruta de transferencia de calor es larga, lo que reduce la capacidad de conducción de calor. Por lo tanto, el material de nanoaergel de baja densidad es el mejor material de aislamiento térmico para el sistema de control térmico del rover de Marte.
(2) Peso ligero
La densidad del hierro es de 7800kg/m3, lo que significa que 1 metro cúbico de hierro pesa 7,8 toneladas; la densidad del aire es de 1,29 kg/m3, lo que significa que 1 metro cúbico de aire pesa 1,29 kilogramos. La densidad del aerogel utilizado por el rover de Marte es de 30 kg / m3, que es aproximadamente 23 veces la del aire. Durante la producción de aerogel, el líquido en el gel es reemplazado por gas, formando muchos agujeros y células estructurales, por lo que la densidad es extremadamente baja.
