Uzayda Aerogels'in Rolü Termal

Uzay sanatı, mühendislikte bilinen en zorlu termal ortamlardan biri ile karşı karşıyadır. Bir araç Dünya atmosferinden ayrılırken, uzayın vakumuyla, sıcaklıkların standart haline geldiği, ancak yeni bir malzeme sınıfı gölgede derin bir şekilde ağlamak için doğrudan güneş ışığıyla karşı karşıyadır: hassas elektronik, bilimsel aletler ve insan sakinleri, yüksek çözünürlükte bulunan termal yalıtım malzemeleri sunar.For on yıllardır, multi-katlı battaniyeler ve köpükler standart haline gelirken, ancak yeni bir malzeme sınıfı ne kadar yeni bir şekilde yeniden tanımlamaktır.

Aerogels Nedir?

Aerogels, sıvı bileşeninin bir gaz tarafından değiştirildiği jellerden elde edilen sentetik malzemelerdir. Sonuç, aşırı derecede düşük yoğunlukla jellerden oluşan katıdır - hava yoğunluğundan 1.5 kat daha az bir sünger benzeri ağ nano ölçekli gözenekler ve polimerler. ilk aerogeller, hacimdeki sıvıyı kaldıran pamuklar, çünkü bugün çok daha küçük bir yüzeysel kurutulmaktadır.

Silica aerogels, uzay aracında kullanılan en yaygın türüdür. Translucent, neredeyse ağırlıksız ve belirli bir görev gereksinimleri için sıcaklıklara dayanabilecek şekilde, güneş ışınlama gibi diğerlerinden, yüksek sıcaklıklarla veya elektrik iletkenliği gibi yüksek işlevsellik sağlayabilirler.

Aerogels Excel for Spacecraft panjur

Dışsal Termal Performans

Aerogels'in birincil avantajı, son derece düşük termal iletkenliğidir. Standart camlar veya köpük yalıtımları neredeyse tamamen sağlam bir şekilde 0.03 ila 0.04 W /m·K. Aerogels, yüzeysel radyasyonu kadar düşük değerlere ulaşabilir ve hatta daha düşük vakumda, daha fazla radiative ısı transferine bağlı olarak, çok fazla ısı geçişi için oksitler ısıtılır. Aerogels'in nanogözlü yapısı, yüzeysel radyasyonu azaltırken bazı formülasyonlar da azalır.

Hafif Tasarım

Her kilogram bir uzay aracı için önemli bir başlangıç maliyetine eklenmiştir - on binlerce dolar. Aerogels, ortalama 0.02 g /cm3 olarak düşük bir yoğunlukla yalıtım sunabilir, geleneksel köpükler için 0.1-0.3 g /cm3 ile karşılaştırıldığında, bu kütle tasarrufu, küçük uydular, derin uzay araştırmaları için kritiktir ve her gramın sayıldığı herhangi bir görev için, 10 santimetrelik bir tabakanın 10 gramdan daha az ağırlıkta yalıtım tabakası, geleneksel malzemelerden daha az ağırlık verebilir.

Radyasyon ve Sıcaklık Extremes karşı dayanıklılık

Aerogels, uzayın sert radyasyon ortamına doğal olarak dirençlidir. Organik polimerler yüksek enerjili parçacıklar, silik ve karbon aerogels stabildir. Ayrıca, yüksek miktarda termal bir hızda mekanik bütünlüğüne karşı dayanıklıdırlar -200 °C'den fazla bir araya getirerek, ampliserleri birleştirip, düşük termal iletkenliği korumak için daha sağlam hale getirebilirler.

Form Faktöründe Flexability

Aerogels, katı tahtalar veya bloklarla sınırlı değildir. Film, battaniyeler, kaplamalar veya hatta granular dolumları için bile geliştirilebilir. Bu esneklik, mühendislere karmaşık geometriler kazandırılmasına izin verir - gerekli yakıt hatları, sensör konutları veya kullanılabilir güneş dizileri.

Uzay Misyonlarında Kanıtlanmış Uygulamaları

Bilimsel Aletler Bilimsel Teklifler

Uzaydaki aerogellerin en eski ve en ünlü kullanımlarından biri, NASA'nın 03.Dönetici görevlerinden ) (1999-2006). Yıldız endüstrisi, bir toplayıcı ve inter star toz parçacıklarının bir tepsiye sahip bir tepsiye sahip bir tepsiye sahip bir şekilde toplanması ve onları yavaşladı ve iki yönlü bir sürüşçü ve termal insülatör olarak hareket etti.

Son zamanlarda,Mars Science Laboratory (Curiosity)) ve [[Dönetici:2)Mars 2020 (Perbatance)) rovers kullanımı sınırlı güç bütçeleri ve katı toplu kısıtlamalar ile ilgili özellikle önemlidir.

Uzaylı Duvarlar ve Habitatlar

ULAŞIM:0)Uluslararası Uzay İstasyonu[Dönetici:0) Axiom Uzay veya Lockheed Martin tarafından tasarım altında bulunanlar için, basıncılaşmış kabukları için birerogel bazlı battaniyeleri değerlendiriyor.Tek bir panelde yalıtım ile yapısal güçlendirme ve ağırlık fırlatma yeteneği, Axiom Uzay veya Lockheed Martin tarafından tasarım altında bulunanlar gibi, baskılı kabuklar için aerogel-infüzyonları düşünüyor.

Uzaylı Duş

Ekstraküler aktiviteler (EVA'lar) aşırı ısınıyor: güneş ışığında 120°C'ye kadar - gölgede 160°C'ye kadar, kontraseptör kumaşlar ve Mylar'ın birden çok katmanını kullanarak, ancak bu, NASA'nın Johnson Uzay Merkezi'ndeki araştırmacılar, Ay veya Mars'ta yüzey araştırmaları için esnek bir aerogel battaniye geliştirdiler.

Ağojenik Propellants korumak

Derin uzay yolculuğu için gelecekteki bir meydan okuma, kriyojenik pervanantlar (liquid hidrojen, oksijen, mehane) aylarca veya yıllar boyunca kaynatılır. Düşük iletkenlik ve düşük kütleli kayıplar büyük bir engeldir. Aerogels, özellikle düşük emissivite ve yüksek reflektif kaplamalar ile ilgili olarak test edilir, ay veya Martian görevleri için gerekli olan aşamalar.

Meydanlar ve Güncel Sınırlar

Mekanik Fragman

Bare silik aerogels doğal olarak sert bir şekilde sarsılır. Metaluraj veya bükme yükleri altında kırılabilirler.Bu, bir uzay aracı içinde sabit bir yalıtım için kabul edilebilir olsa da, bu, üreticilerin bakımı ile birlikte, jel ağının kendisini zorlaştırır ve temizlemesi gerekir.

Yüksek Üretim Maliyetleri

Çoğu aerogel üretmek için kullanılan süperktik kurutma süreci, enerji yoğun ve toplu odaklıdır, hava kirliliği işlemlerine yol açan ve otomatik üretim maliyetleri yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş bir şekilde bir şekilde yükleniyor.

Hygrooskopik Davranış ve Kirlenme

Silica aerogels hidrophilic ve havadan nemi absorbe edebilir, ki bu onların yataklı özelliklerini bozuyor ve kilolarını artırıyor. Uzay uygulamaları için, hidrofobik kaplamalarla mühürlenmiş veya tedavi edilmelidir. Bu, karmaşık ve potansiyel başarısızlık noktalarıdır.

Atmospheric Re-entry Protection

Aerogels, Dünya atmosferine yeniden giriş sırasında aşırı ısıtmayı ele alamaz, sıcaklıkların 2000 °C'yi aşabileceği yer, örneğin, karbon-karbon ısı kalkanı arkasındaki bir silücüğün altında, örneğin, yüzeysel koruma sistemleri (TPS) tekrar ısıtılır. Örneğin, bir karbon-karbon ısı kalkanı, uzayı tarafından deneyimli sıcaklığı azaltılabilir.

Son Yenilik ve Gelecek Prospects

Polimer ve Polyimide Aerogels

NASA'nın Glenn Research Center, birçok köpükten daha düşük ısı iletkenliği sergiledi ve 400 °C'ye kadar istikrarlı bir şekilde devam ediyor.Bu malzemeler, güneş bataklığı ve şişme habitatları gibi yapılar dağıtmaya devam edilebilir olarak kabul edilebilir.Bir hurma için prototipi 2 cm-tick poliimide aerogel tabakasının dışsal sıcaklığın düşmesine rağmen dışsal ısı sıcaklığınabilir.

Kompozit Aerogel Sistemleri

Paraffin balmumu gibi faz değişim malzemeleri (PCMs) ile aerogels birleştirmek, iki işlevli bir termal sistem yaratır: aerogel sürekli yalıtım sağlar, PCM geçici ısılar, tasarruf eden güç elektronikleri için değerlidir.

Aerogels'in Katkı İmalatı

3D aerogels baskısı, gelişmekte olan bir alandır. Araştırmacılar uzaydaki yalıtım bileşenlerini, Dünya’dan gönderilen ham malzemeleri kullanarak veya hatta Ay regolith'den gelen aerogelleri doğrudan bir şekilde yazdırma yeteneğinden yararlanabilirler.

Active Thermal Control ile entegrasyon

Gelecek misyonlar aktif ısıtımı sistemleri ile pasif aerogel yalıtımını birleştirebilir. Örneğin, değişken bir öznellik kaplamaları bir aerogel battaniyesinin dışında ne kadar ısınabilir, aerogellerin iç sabit ısıtılması için de integral olabilir.Bu kombinasyon, ısıtılmış ısıtılmasının önyükümlü ısıtılmasının önlediği yerdir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Aerogels, uzaydaki savaşlara, dış güneş sistemini geçebilmeleri için laboratuvar merakından taşındı.Suçlu ısı direnci, minimum ağırlıkları ve katkı maddeleri, onları uzaydaki misyonlar için vazgeçilmez hale getirir - Mars'tan dış güneş sistemini geçebilmeleri için, kırılganlık ve maliyet gibi sorunlar, evrenin en sert sıcaklık ajanslarından yaşam ve teknoloji koruma için devam edecek şekilde araştırma yapacakları için devam edecektir.

[FONT:0)Dönemli Referanslar[Dönemli:0)