Магически топлоизолационен материал - Aerogel

Повърхността на Марс е много по-хладна от Земята, с минимална температура под -100°C. В такава нискотемпературна среда, как роувърът решава проблема с топлоизолация?

Всъщност космическите кораби в Земната орбита и сондите по лунната повърхност също са изправени пред сурови температурни среди. За да се поддържа оборудването на космическите кораби, работещи в сравнително комфортна температурна среда, като цяло чрез поставяне на космическия кораб един вид изолация, наречена многослойни топлоизолационни компоненти "Дрехи", така че космическият кораб няма да бъде засегнат дали външната среда е студена или гореща.

Многослойният топлоизолационен компонент обаче има добра топлоизолационна производителност само във вакуум. В газовата среда на въглеродния двуокис от около 800Pa на повърхността на Марс се губи топлинният му изолационен ефект. Затова роувърът трябва да бъде изолиран с аерогел.

Аерогелът е нанопорен твърд материал, при който дисперсионната среда е газ, а колоидни частици или полимерни молекули са обобщени в мрежова структура. Основният диаметър на частиците на мрежовата структура на аерогела е 1-20 nm, а размерът на порите е 1-100 nm. Тъй като размерът на порите в материала е по-малък от средния свободен път на въздушните молекули, газовата конвекция може ефективно да бъде потисната.

Е, какво му е толкова магическото на аерогелите?

1) Добра топлоизолационна производителност

Топлопроводимостта на PTFE, използвана за топлоизолация, е 0,27W/(m•K), докато топлопроводимостта на нано-аерогелите е обикновено 0,02W/(m•K), която е само 1/13 от тази на PTFE. . Това е така, защото газът от въглероден диоксид е застоял в малки пропуски в марсианската атмосфера, така че конвективният пренос на топлина да не може да бъде развит. Микроструктурата на аерогела е сравнително тънка и пътят за пренос на топлина е дълъг, което намалява капацитета за топлопроводимост. Следователно, нано-аерогелният материал с ниска плътност е най-добрият топлоизолационен материал за термичната контролна система на Марс роувъра.

(2) Леко тегло

Плътността на желязото е 7800кг/м3, което означава, че 1 кубичен метър желязо тежи 7,8 тона; плътността на въздуха е 1,29кг/м3, което означава, че 1 кубичен метър въздух тежи 1,29 килограма. Плътността на аерогела, използван от Марс роувъра, е 30кг/м3, което е около 23 пъти по-голямо от това на въздуха. По време на производството на аерогел течността в гела се заменя с газ, образувайки много дупки и структурни клетки, така че плътността е изключително ниска.