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自1975年以來,美國已成功對火星表麵執行了7次探測使命,即“海盜”一號與“海盜”二號火星探測器、火星探路者、火星漫遊者、鳳凰號著陸器和火星科學實驗室。從火星探路者到火星實驗室,美國曆經三代巡視器,分別為火星探路者“索傑納”巡視器、“勇氣”號與“機遇”號巡視器和“好奇”號巡視器。
可是,火星表麵的溫度比地球低得多,最低溫度約為-123℃。在這樣的低溫環境中,探測器如何解決保溫問題呢?
海(hai)盜(dao)號(hao)著(zhe)陸(lu)器(qi)熱(re)控(kong)係(xi)統(tong)對(dui)艙(cang)內(nei)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)等(deng)溫(wen)化(hua)集(ji)中(zhong)熱(re)控(kong),所(suo)有(you)艙(cang)內(nei)設(she)備(bei)安(an)裝(zhuang)在(zai)中(zhong)心(xin)艙(cang)內(nei)的(de)設(she)備(bei)板(ban)上(shang),采(cai)用(yong)玻(bo)璃(li)纖(xian)維(wei)隔(ge)熱(re)層(ceng)進(jin)行(xing)隔(ge)熱(re),形(xing)成(cheng)艙(cang)內(nei)設(she)備(bei)與(yu)艙(cang)外(wai)環(huan)境(jing)間(jian)的(de)熱(re)隔(ge)離(li)。
“索傑納”火星車的熱控係統采用集中布置、統一熱管理的設計。所有艙內設備集中安裝在電子暖箱(WEB)內,電子暖箱外部包覆納米氣凝膠和玻璃纖維板,實現電子暖箱與外界環境的熱隔離。
火星漫遊者也采用了如圖所示的保溫結構,在結構板上使用了氣凝膠。

可是多層隔熱組件隻有在真空中才具備良好的隔熱性能,火星表麵800Pa左右的二氧化碳氣體環境中,它的隔熱效果就喪失了。這就是火星車采用氣凝膠隔熱的原因。
那麼,氣凝膠有什麼神奇之處呢?
首先是隔熱性能好。用於絕熱的聚四氟乙烯的導熱係數為0.27W/mK,而納米氣凝膠的導熱係數一般為0.02W/mK,僅為聚四氟乙烯的1/13。這是因為在大氣環境下小間隙滯止了CO2氣體,讓對流換熱發展不起來,氣凝膠的微觀結構比較薄,傳熱路徑長,降低了熱傳導能力。因此氣凝膠被稱為神奇的隔熱材料。
其次是重量輕。鐵的密度是7.8×103kg/m3,也就是說1立方米的鐵,重量達到7.8噸;空氣的密度是1.29kg/m3,也就是說1立方米的空氣,重量為1.29公斤。而氣凝膠的密度是15kg/m3,大約是空氣的12倍(bei),氣(qi)凝(ning)膠(jiao)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)凝(ning)膠(jiao)中(zhong)的(de)液(ye)體(ti)被(bei)氣(qi)體(ti)取(qu)代(dai),形(xing)成(cheng)非(fei)常(chang)多(duo)的(de)空(kong)洞(dong)及(ji)結(jie)構(gou)胞(bao)元(yuan),因(yin)此(ci)具(ju)有(you)極(ji)低(di)的(de)密(mi)度(du)。這(zhe)也(ye)是(shi)氣(qi)凝(ning)膠(jiao)被(bei)稱(cheng)為(wei)凍(dong)煙(yan)霧(wu)或(huo)固(gu)體(ti)空(kong)氣(qi)的(de)原(yuan)因(yin)。
其qi三san是shi性xing能neng穩wen定ding。氣qi凝ning膠jiao的de材cai質zhi有you多duo種zhong,在zai火huo星xing車che中zhong應ying用yong的de氣qi凝ning膠jiao成cheng分fen是shi二er氧yang化hua矽gui,在zai空kong間jian輻fu射she環huan境jing中zhong,耐nai受shou空kong間jian高gao能neng輻fu射she的de能neng力li很hen強qiang,不bu會hui發fa生sheng性xing能neng的de退tui化hua,特te別bie適shi用yong於yu空kong間jian使shi用yong。

低密度純二氧化矽納米氣凝膠
其實,氣凝膠不僅用於隔熱,在美國的“星塵”號探測器中,用氣凝膠固定被探測星體的顆粒,並把這些顆粒帶到地球上進行進一步的研究。(南山)

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