魔法の断熱材 - エアロゲル

火星の表面は地球よりもはるかに涼しく、最低気温は-100°C未満です。 このような低温環境において、ローバーは断熱の問題をどのように解決するのでしょうか?

実際、地球軌道上の宇宙船や月面探査機も過酷な温度環境に直面しています。比較的快適な温度環境での宇宙船機器の稼働を維持するためには、一般に、外部環境が寒くても暑くても宇宙船が影響を受けないように、多層断熱部品「衣服」と呼ばれる断熱材の一種を宇宙船に装着します。

しかしながら、多層断熱部品は、真空中でのみ良好な断熱性能を有する。火星表面の約800Paの炭酸ガス環境では、その断熱効果が失われる。そのため、ローバーはエアロゲルで断熱する必要があります。

エアロゲルは、分散媒が気体であり、コロイド粒子またはポリマー分子が網目構造に凝集したナノポーラス固体材料である。エアロゲル網目構造の基本粒子径は1〜20nmであり、孔径は1〜100nmである。材料中の細孔径が空気分子の平均自由行程よりも小さいため、ガス対流を効果的に抑制することができる。

では、エアロゲルの何がそんなに不思議なのでしょうか?

1)よい断熱性能

断熱に使用されるPTFEの熱伝導率は0.27W/(m•K)ですが、ナノエアロゲルの熱伝導率は一般に0.02W/(m•K)であり、PTFEの熱伝導率の1/13にすぎません。.これは、火星大気の小さな隙間に炭酸ガスが停滞しているため、対流熱伝達が発達しないためです。エアロゲルの微細構造は比較的薄く、伝熱経路が長く、熱伝導能力を低下させる。したがって、低密度ナノエアロゲル材料は、火星探査機の熱制御システムに最適な断熱材である。

(2)軽量

鉄の密度は7800kg / m3で、1立方メートルの鉄の重さは7.8トンです。空気の密度は1.29kg / m3で、1立方メートルの空気の重さは1.29キログラムです。火星探査機が使用するエアロゲルの密度は30kg/m3で、空気の約23倍です。エアロゲルの製造中、ゲル中の液体は気体に置き換えられ、多くの穴および構造細胞を形成するので、密度は極めて低い。