Magisches Wärmedämmmaterial - Aerogel
Mar 16, 2022
Die Oberfläche des Mars ist viel kühler als die Erde, mit einer Mindesttemperatur unter -100 ° C. Wie löst der Rover in einer Umgebung mit so niedrigen Temperaturen das Problem der Wärmedämmung?
Tatsächlich sind Raumfahrzeuge in der Erdumlaufbahn und Sonden auf der Mondoberfläche auch mit rauen Temperaturumgebungen konfrontiert. Um die Ausrüstung des Raumfahrzeugs in einer relativ angenehmen Temperaturumgebung arbeiten zu lassen, im Allgemeinen durch Anbringen einer Art Isolierung auf dem Raumfahrzeug, die als mehrschichtige Wärmedämmkomponenten "Kleidung" bezeichnet wird, so dass das Raumfahrzeug nicht beeinträchtigt wird, ob die äußere Umgebung kalt oder heiß ist.
Die mehrschichtige Wärmedämmkomponente hat jedoch nur im Vakuum eine gute Wärmedämmleistung. In der Kohlendioxidgasumgebung von etwa 800Pa auf der Marsoberfläche geht seine Wärmedämmwirkung verloren. Deshalb muss der Rover mit Aerogel isoliert werden.
Aerogel ist ein nanoporöses festes Material, in dem das Dispersionsmedium Gas ist und die kolloidalen Partikel oder Polymermoleküle zu einer Netzwerkstruktur aggregiert werden. Der Grundpartikeldurchmesser der Aerogel-Netzwerkstruktur beträgt 1-20 nm und die Porengröße beträgt 1-100 nm. Da die Porengröße im Material kleiner ist als der mittlere freie Weg von Luftmolekülen, kann die Gaskonvektion effektiv unterdrückt werden.
Also, was ist so magisch an Aerogelen?
1) Gute Wärmedämmleistung
Die Wärmeleitfähigkeit von PTFE, das für die Wärmedämmung verwendet wird, beträgt 0,27 W / (m • K), während die Wärmeleitfähigkeit von Nano-Aerogelen im Allgemeinen 0,02 W / (m • K) beträgt, was nur 1/13 der von PTFE entspricht. . Denn Kohlendioxidgas stagniert in kleinen Lücken in der Marsatmosphäre, so dass keine konvektive Wärmeübertragung entstehen kann. Die Mikrostruktur von Aerogel ist relativ dünn und der Wärmeübertragungsweg ist lang, was die Wärmeleitungskapazität verringert. Daher ist das Nano-Aerogel-Material mit geringer Dichte das beste Wärmedämmmaterial für das thermische Kontrollsystem des Mars-Rovers.
(2) Geringes Gewicht
Die Dichte von Eisen beträgt 7800 kg / m3, was bedeutet, dass 1 Kubikmeter Eisen 7,8 Tonnen wiegt; Die Luftdichte beträgt 1,29 kg/m3, was bedeutet, dass 1 Kubikmeter Luft 1,29 Kilogramm wiegt. Die Dichte des vom Mars-Rover verwendeten Aerogels beträgt 30 kg / m3, was etwa dem 23-fachen der Luftdichte entspricht. Während der Herstellung von Aerogel wird die Flüssigkeit im Gel durch Gas ersetzt, wodurch viele Löcher und Strukturzellen gebildet werden, so dass die Dichte extrem niedrig ist.
