مواد العزل الحراري السحرية - Aerogel
Mar 16, 2022
سطح المريخ أكثر برودة بكثير من الأرض ، مع درجة حرارة دنيا أقل من -100 درجة مئوية. في مثل هذه البيئة ذات درجة الحرارة المنخفضة ، كيف يحل المسبار مشكلة العزل الحراري؟
في الواقع ، تواجه المركبات الفضائية في مدار الأرض والمسابير على سطح القمر أيضا بيئات درجات حرارة قاسية. من أجل الحفاظ على معدات المركبة الفضائية التي تعمل في بيئة درجة حرارة مريحة نسبيا ، بشكل عام عن طريق وضع نوع من العزل على المركبة الفضائية يسمى مكونات العزل الحراري متعددة الطبقات "الملابس" بحيث لا تتأثر المركبة الفضائية سواء كانت البيئة الخارجية باردة أو ساخنة.
ومع ذلك ، فإن مكون العزل الحراري متعدد الطبقات له أداء عزل حراري جيد فقط في فراغ. في بيئة غاز ثاني أكسيد الكربون من حوالي 800Pa على سطح المريخ ، يتم فقدان تأثير العزل الحراري. لهذا السبب يجب عزل المسبار بالهلام الهوائي.
Aerogel هي مادة صلبة نانوية المسامية يكون فيها وسط التشتت غازا ، ويتم تجميع الجسيمات الغروية أو جزيئات البوليمر في بنية شبكة. قطر الجسيمات الأساسية لهيكل شبكة الهلام الهوائي هو 1-20 نانومتر ، وحجم المسام هو 1-100 نانومتر. نظرا لأن حجم المسام في المادة أصغر من متوسط المسار الحر لجزيئات الهواء ، يمكن قمع الحمل الحراري للغاز بشكل فعال.
إذن ، ما هو السحر في الهلام الهوائي؟
1) أداء العزل الحراري الجيد
الموصلية الحرارية ل PTFE المستخدمة للعزل الحراري هي 0.27W / (m•K) ، في حين أن الموصلية الحرارية للهلام الهوائي النانوي هي عموما 0.02W / (m•K) ، وهي فقط 1/13 من PTFE. . وذلك لأن غاز ثاني أكسيد الكربون راكد في فجوات صغيرة في الغلاف الجوي للمريخ ، بحيث لا يمكن تطوير نقل الحرارة بالحمل الحراري. البنية المجهرية للهلام الهوائي رقيقة نسبيا ، ومسار نقل الحرارة طويل ، مما يقلل من قدرة التوصيل الحراري. لذلك ، فإن مادة nano-aerogel منخفضة الكثافة هي أفضل مادة عازلة حرارية لنظام التحكم الحراري في مركبة المريخ.
(2) خفيفة الوزن
كثافة الحديد هي 7800kg / m3 ، مما يعني أن 1 متر مكعب من الحديد يزن 7.8 طن ؛ كثافة الهواء هي 1.29kg / m3 ، مما يعني أن 1 متر مكعب من الهواء يزن 1.29 كجم. تبلغ كثافة الهلام الهوائي الذي تستخدمه مركبة المريخ 30 كجم / م 3 ، أي حوالي 23 ضعف كثافة الهواء. أثناء إنتاج الهلام الهوائي ، يتم استبدال السائل الموجود في الجل بالغاز ، مما يشكل الكثير من الثقوب والخلايا الهيكلية ، وبالتالي فإن الكثافة منخفضة للغاية.
