חומר בידוד תרמי קסום - איירגל

פני השטח של מאדים קרירים בהרבה מכדור הארץ, עם טמפרטורה מינימלית מתחת ל--100 מעלות . בסביבה כל כך נמוכה בטמפרטורה, איך הרובר פותר את בעיית הבידוד התרמי?

למעשה, חלליות במסלול כדור הארץ ובדיקות על פני הירח מתמודדות גם עם סביבות טמפרטורה קשות. על מנת לשמור על ציוד החללית עובד בסביבת טמפרטורה נוחה יחסית, בדרך כלל על ידי הנחת על החללית סוג של בידוד הנקרא רכיבי בידוד תרמי רב-שכבתי "בגדים", כך שהחללית לא תושפע אם הסביבה החיצונית קרה או חמה .

עם זאת, לרכיב הבידוד התרמי הרב-שכבתי יש ביצועי בידוד תרמי טובים רק בוואקום. בסביבת גז הפחמן הדו חמצני של כ-800Pa על פני מאדים, אפקט הבידוד התרמי שלו אובד. לכן צריך לבודד את הרובר עם אירוג'ל.

Aerogel הוא חומר מוצק ננו-נקבי שבו מדיום הפיזור הוא גז, והחלקיקים הקולואידים או מולקולות הפולימר נאגרים למבנה רשת. קוטר החלקיקים הבסיסי של מבנה רשת האירוג'ל הוא 1-20 ננומטר, וגודל הנקבוביות הוא 1-100 ננומטר. מכיוון שגודל הנקבוביות בחומר קטן מהנתיב החופשי הממוצע של מולקולות אוויר, ניתן לדכא את הסעת הגז ביעילות.

אז מה כל כך קסום באירוג'לים?

1) ביצועי בידוד תרמי טובים

המוליכות התרמית של PTFE המשמשת לבידוד תרמי היא {{0}}.27W/(m•K), בעוד שהמוליכות התרמית של ננו-אירוג'לים היא בדרך כלל 0.02W/(m•K), שהיא רק 1/13 מזה של PTFE. . הסיבה לכך היא שגז פחמן דו חמצני עומד במרווחים קטנים באטמוספרה של מאדים, כך שלא ניתן לפתח העברת חום הסעה. מבנה המיקרו של אירג'ל דק יחסית, ומסלול העברת החום ארוך, מה שמפחית את יכולת הולכת החום. לכן, חומר הננו-אירוג'ל בצפיפות נמוכה הוא חומר הבידוד התרמי הטוב ביותר עבור מערכת הבקרה התרמית של רובר מאדים.

(2) משקל קל

צפיפות הברזל היא 7800 ק"ג/מ"ק, כלומר 1 מטר מעוקב של ברזל שוקל 7.8 טון; צפיפות האוויר היא 1.29 ק"ג/מ"ק, כלומר 1 מטר מעוקב של אוויר שוקל 1.29 ק"ג. הצפיפות של הג'ל האווירי המשמש את רובר מאדים היא 30 ק"ג/מ"ק, שהם בערך פי 23 מהאוויר. במהלך ייצור האירוג'ל, הנוזל בג'ל מוחלף בגז, ויוצר הרבה חורים ותאי מבנה, כך שהצפיפות נמוכה ביותר.