Tại sao tàu thăm dò không gian cần sưởi ấm?

Tôi biết rằng nhiệt độ ảnh hưởng đến các đặc tính của chất bán dẫn và các vật liệu khác, nhưng chúng ta biết cách và có thể tính đến điều đó. Hơn nữa, nhiệt độ thấp hơn làm cho thiết bị điện tử hiệu quả hơn, đôi khi thậm chí siêu dẫn.

Tôi nhớ đã đọc ở đâu đó rằng các kỹ sư xây dựng Curiosity thậm chí đã xem xét các thiết bị điện tử nhiệt độ thấp cho các động cơ điều khiển các bánh xe nhưng cuối cùng vẫn quyết định chống lại nó.

Tại sao, rõ ràng, rất khó để xây dựng các thành phần có nhiệt độ hoạt động phù hợp với nhiệt độ trên sao Hỏa, Europa hoặc trong không gian?

Chỉnh sửa: Không có câu trả lời nào giải quyết câu hỏi của tôi cho đến nay. Tôi biết rằng tất cả các bộ phận, cả điện tử và cơ khí, và mỡ và như vậy có nhiệt độ làm việc tương đối hẹp. Câu hỏi của tôi là, tại sao chúng ta không chế tạo kim loại lạnh đặc biệt và mỡ lạnh và chip lạnh có dải nhiệt độ hoạt động hẹp ở -100 C hoặc bất cứ điều gì?

Câu trả lời hợp lệ có thể là: nó quá đắt, chưa đủ khoa học để xác định vật liệu phù hợp với cái lạnh như vậy, những vật liệu lạnh như vậy không thể được sản xuất trong sức nóng ngột ngạt của hành tinh Trái đất.

Bởi vì không có đủ nghiên cứu và phát triển được thực hiện trong quy trình sản xuất linh kiện điện tử ở nhiệt độ thấp. Và các đầu dò phải đáng tin cậy.

Bạn không thể tạo các bộ phận trong khoảng 250'C và mong muốn chúng hoạt động ở -100'C vì ví dụ, một con chip có các bộ phận silicon cũng như các bộ phận vonfram. Hai phần này có nhiệt độ khác nhau so với đặc điểm mở rộng, vì vậy các bộ phận đơn giản sẽ rơi ra.

Ở nhiệt độ thấp, bạn không thể sử dụng thiếc để hàn xem sâu bệnh thiếc .

Bởi vì các bộ phận hoạt động đáng tin cậy chỉ trong một phạm vi nhiệt độ hạn chế. Nếu nhiệt độ nằm ngoài phạm vi, chip có thể không hoạt động chính xác hoặc thậm chí không hoạt động.

Đầu dò thường có một số loại pin dự phòng và pin mất dung lượng rất nhanh nếu chúng lạnh hơn 0 ° C. Nó chỉ đơn giản là dễ dàng và hiệu quả hơn để giữ ấm pin và thiết bị điện tử hơn là để bù đắp cho các đặc điểm khác nhau.

Tôi sẽ đưa ra ba điểm chính cho độ nhạy nhiệt độ của thiết bị điện tử, linh kiện điện tử và các bộ phận cơ khí:

• Tất cả các pin khá nhạy cảm khi nói đến nhiệt độ. Tốc độ phản ứng hóa học giảm, và dòng rò được tăng lên.

• Chip silicon thường không gặp vấn đề với nhiệt độ thấp. Những gì làm là bao bì và các chất nền và trái phiếu PCB. Và ngay cả ở đây, vấn đề thực tế không phải là nhiệt độ thấp, mà là phạm vi nhiệt độ. Lý do cho điều này là các vật liệu có tính chất nhiệt khác nhau, như độ dẫn nhiệt và giãn nở. Các chip được đóng gói cũng như các liên kết với PCB sẽ tạo ra ứng suất cơ học làm tăng khả năng gãy vi mô trong vật liệu dẫn điện.

• Di chuyển các bộ phận cơ khí như động cơ và bánh răng thường cần chất bôi trơn để làm việc. Các tính chất cơ học của những chất bôi trơn rất nhạy cảm với nhiệt độ.

Theo như tôi biết mức thấp nhất bạn có thể đi với pin chính là khoảng -50C. Thứ hai thậm chí còn tồi tệ hơn. Vì vậy, thực sự không có lựa chọn nào khác ngoài cách nhiệt và nhiệt. Các thiết bị điện tử bạn có thể làm việc ở nhiệt độ thấp, bằng cách sử dụng vật liệu PCB có khả năng mở rộng tương tự như silicon và gắn trực tiếp chip silicon lên đế mà không cần bao bì chip cổ điển.

Một yếu tố trong vấn đề này chưa được đề cập trong các câu hỏi khác là các vật liệu khác nhau thay đổi thể tích của chúng theo những cách khác nhau để đáp ứng với biến động nhiệt độ. Đây là khái niệm đằng sau các dải lưỡng kim trong máy điều nhiệt, tại sao đường ống bị vỡ khi đông lạnh và tại sao thực phẩm của bạn bị "đóng băng". Vì vậy, mặc dù các chất bán dẫn có thể khá đàn hồi với nhiệt độ lạnh, các bộ phận cơ học với nhiều loại vật liệu (hợp kim khác nhau, chất bôi trơn khác nhau) sẽ ít hơn như vậy.

Để có bộ phận cơ học hoạt động ở nhiệt độ cực cao (như -100C), có lẽ nó sẽ cần được chế tạo ở nhiệt độ đó, tích hợp vào thành phần chính ở nhiệt độ đó và giữ lạnh cho đến khi đạt đến không gian.

Tôi sẽ đề nghị rằng lý do quan trọng là độ tin cậy - một lần thăm dò đã được phóng vào không gian, nó HAS lại làm việc.

Như vậy, sẽ an toàn hơn rất nhiều khi làm nóng một vật liệu đã biết, đáng tin cậy, đã được thử nghiệm rộng rãi, hơn là "phát minh" một vật liệu mới không thể thử nghiệm hoàn toàn trên Trái đất.

Trong hóa học, bạn sẽ tìm hiểu thành phần của vật chất ở đó họ đã nghĩ cho bạn về tính chất của một số kim loại / phi kim loại. Chúng có những giới hạn nhất định, chẳng hạn như điểm nóng chảy / điểm đóng băng.

Nhiệt độ không thành vấn đề trong điện tử. Khi bạn ép xung máy tính của bạn, bạn cần nitơ lỏng để làm mát chip của bạn. Điều này cũng đúng với mọi thiết bị khác.

Các thiết bị điện tử đi vào không gian không chỉ phải đối mặt với vấn đề này mà còn phải thận trọng về các bức xạ có thể làm hỏng dữ liệu. Vì vậy, thông thường các rovers mang thêm chip / pin để dự phòng. Dữ liệu họ thu thập ở đó có tầm quan trọng lớn.