Maaginen lämmöneristysmateriaali - Aerogel

Marsin pinta on paljon viileämpi kuin Maa, ja sen minimilämpötila on alle -100 °C. Kuinka mönkijä ratkaisee tällaisessa matalan lämpötilan ympäristössä lämmöneristyksen ongelman?

Itse asiassa maan kiertoradalla olevat avaruusalukset ja kuun pinnalla olevat koettimet kohtaavat myös ankaria lämpötilaympäristöjä. Jotta avaruusalusten laitteet toimisivat suhteellisen mukavassa lämpötilaympäristössä, yleensä asettamalla avaruusalukselle eräänlainen eristys, jota kutsutaan monikerroksisiksi lämpöeristyskomponenteiksi "Vaatteet", jotta avaruusalus ei vaikuta siihen, onko ulkoinen ympäristö kylmä vai kuuma.

Monikerroksisella lämmöneristyskomponentilla on kuitenkin hyvä lämmöneristyskyky vain tyhjiössä. Noin 800Pa: n hiilidioksidikaasuympäristössä Marsin pinnalla sen lämmöneristysvaikutus menetetään. Siksi mönkijä on eristettävä aerogeelillä.

Aerogeeli on nanohuokoinen kiinteä materiaali, jossa dispersioväliaine on kaasua, ja kolloidiset hiukkaset tai polymeerimolekyylit yhdistetään verkkorakenteeseen. Aerogeeliverkkorakenteen perushiukkashalkaisija on 1-20 nm ja huokosten koko on 1-100 nm. Koska materiaalin huokoskoko on pienempi kuin ilmamolekyylien keskimääräinen vapaa polku, kaasukonvektio voidaan tehokkaasti tukahduttaa.

Joten mikä on niin maagista aerogeeleissä?

1) Hyvä lämmöneristyskyky

Lämmöneristykseen käytetyn PTFE: n lämmönjohtavuus on 0,27W / (m • K), kun taas nano-aerogeelien lämmönjohtavuus on yleensä 0,02W / (m • K), mikä on vain 1/13 PTFE: n lämmönjohtavuudesta. . Tämä johtuu siitä, että hiilidioksidikaasu pysähtyy pienissä aukoissa Marsin ilmakehässä, joten konvektiivista lämmönsiirtoa ei voida kehittää. Aerogeelin mikrorakenne on suhteellisen ohut, ja lämmönsiirtoreitti on pitkä, mikä vähentää lämmönjohtokapasiteettia. Siksi pienitiheyksinen nano-aerogeelimateriaali on paras lämmöneristysmateriaali Mars-mönkijän lämmönohjausjärjestelmälle.

(2) Kevyt

Raudan tiheys on 7800 kg / m3, mikä tarkoittaa, että 1 kuutiometri rautaa painaa 7,8 tonnia; ilman tiheys on 1,29 kg/m3, mikä tarkoittaa, että 1 kuutiometri ilmaa painaa 1,29 kiloa. Mars-mönkijän käyttämän aerogeelin tiheys on 30 kg/m3, mikä on noin 23 kertaa enemmän kuin ilmassa. Aerogeelin tuotannon aikana geelissä oleva neste korvataan kaasulla, jolloin muodostuu paljon reikiä ja rakennesoluja, joten tiheys on erittäin pieni.