Uzay probları neden ısınmaya ihtiyaç duyar?

Sıcaklığın yarı iletkenlerin ve diğer malzemelerin özelliklerini etkilediğini biliyorum, ancak bunu nasıl ve nasıl dikkate alabileceğimizi biliyoruz. Ayrıca, düşük sıcaklıklar elektronikleri daha verimli, hatta bazen süper iletken hale getirir.

Merak inşa eden mühendislerin, tekerlekleri süren motorlar için düşük sıcaklık elektroniklerini bile düşündüklerini, ancak yine de buna karşı karar verdiklerini okuduğumu hatırlıyorum.

Görünüşe göre, Mars, Europa veya uzaydakilerle eşleşen çalışma sıcaklıklarına sahip bileşenler oluşturmak neden bu kadar zor?

Düzenleme: Cevapların hiçbiri şu ana kadar sorumu ele almıyor. Elektronik ve mekanik, gres vb. Tüm parçaların nispeten dar çalışma sıcaklıklarına sahip olduğunu biliyorum. Benim sorum, neden -100 ° C'de dar çalışma sıcaklığı bandına sahip özel soğuk metaller ve soğuk gresler ve soğuk talaşlar yapmıyoruz?

Geçerli cevaplar şunlar olabilir: Bu kadar soğuk için uygun malzemeleri belirlemek için çok pahalı, yeterli bilim yapılmadı, bu soğuk malzemeler Dünya gezegeninin bunaltıcı ısısında üretilemez.

Çünkü düşük sıcaklıklarda elektronik bileşenlerin üretim sürecinde yeterli araştırma ve geliştirme yapılmamaktadır. Ve problar güvenilir olmalıdır.

Örneğin 250'C'de parça yapamazsınız ve bunların -100'C'de çalışmasını bekleyebilirsiniz, çünkü örneğin bir çipin silikon parçaları ve tungsten parçaları vardır. Bu ikisi uzatma özelliklerine göre farklı sıcaklıklara sahiptir, bu nedenle parçalar basitçe parçalanır.

Düşük sıcaklıklarda lehimleme için kalay kullanamazsınız, bkz. Kalay zararlı .

Çünkü parçalar sadece sınırlı bir sıcaklık aralığında güvenilir bir şekilde çalışır. Sıcaklık aralık dışındaysa, talaşlar düzgün çalışmayabilir veya hiç çalışmayabilir.

Problar genellikle bir çeşit yedek bataryaya sahiptir ve 0 ° C'den daha soğuk olduklarında bataryalar çok hızlı kapasiteyi kaybeder. Pili ve elektronik aksamı sıcak tutmak, farklı özellikleri dengelemekten daha kolaydır ve daha verimlidir.

Elektronik, elektronik bileşenler ve mekanik parçaların sıcaklık hassasiyeti için üç ana nokta ortaya koyacağım:

• Sıcaklık konusunda tüm piller oldukça hassastır . Kimyasal reaksiyon oranları azalır ve kaçak akım artar.

• Silikon çiplerin genellikle düşük sıcaklıklarda bir problemi yoktur. Ambalaj ve PCB substratları ve bağları nedir. Ve burada bile asıl sorun düşük sıcaklık değil, sıcaklık aralığıdır. Bunun nedeni, malzemelerin termal iletkenlik ve genleşme gibi farklı termal özelliklere sahip olmasıdır. Paketlenmiş yongalar ve PCB ile bağlar, iletken malzemelerdeki mikro kırılma şansını artıran mekanik stres üretecektir.

• Motorlar ve dişliler gibi hareketli mekanik parçaların çalışması için genellikle yağlayıcılara ihtiyaç vardır. Bu yağlayıcıların mekanik özellikleri çok sıcaklığa duyarlıdır.

Bildiğim kadarıyla birincil pil ile gidebileceğiniz en düşük -50C gibi bir şey. Secondaries daha da kötü. Yani yalıtmak ve ısıtmaktan başka seçenek yok. Silisyuma benzer bir genleşmeye sahip PCB malzemelerini kullanarak düşük sıcaklıklarda çalışabileceğiniz elektronik cihazlar ve klasik yonga ambalajı olmadan silikon yongaları doğrudan alt tabaka üzerine monte edebilirsiniz.

Bu konuda diğer sorularda belirtilmeyen bir faktör, sıcaklık dalgalanmalarına tepki olarak farklı malzemelerin hacimlerini farklı şekillerde değiştirmeleridir. Bu, termostatlardaki bimetalik şeritlerin arkasındaki kavram, donmuş halde boruların neden patladığı ve yemeğinizin neden "dondurucu yanmış" olduğudur. Bu nedenle, yarı iletkenler soğuk sıcaklıklara oldukça dirençli olsa da, çeşitli malzemelere sahip mekanik parçalar (farklı alaşımlar, farklı yağlayıcılar) daha az olacaktır.

Aşırı sıcaklıkta (-100C gibi) çalışan mekanik bir parçaya sahip olmak için, muhtemelen o sıcaklıkta imal edilmesi, o sıcaklıkta ana bileşene entegre edilmesi ve uzaya ulaşana kadar soğuk tutulması gerekecektir.

Bir sonda uzaya edildikten sonra, bu - Ben esas neden ise güvenilirlik olduğunu öneririm HAS işe.

Bu nedenle, kapsamlı testlere tabi tutulan bilinen, güvenilir, malzemeyi ısıtmak, Dünya'da tam olarak test edilemeyen yeni bir malzemeyi "icat etmekten" çok daha güvenlidir.

Kimyada, sizi belirli metallerin / metal olmayanların özellikleri hakkında düşündükleri maddenin bileşimini öğreneceksiniz. Erime noktası / donma noktası gibi belirli limitleri vardır.

Elektronikte sıcaklık önemlidir. Bilgisayarınızı overclock ettiğinizde, çipinizi soğutmak için sıvı azot gerekir. Aynı şey diğer tüm cihazlar için de geçerlidir.

Uzaya giren elektronikler sadece bu problemle yüzleşmekle kalmaz, aynı zamanda verileri bozabilecek radyasyonlar konusunda da dikkatli olmalıdırlar. Bu nedenle, genellikle geziciler yedekleme için ek yongalar / piller taşırlar. Orada topladıkları veriler büyük önem taşıyor.