우주 탐사선에 난방이 필요한 이유는 무엇입니까?


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나는 온도가 반도체와 다른 재료의 특성에 영향을 미친다는 것을 알고 있지만, 우리는 그것을 어떻게 그리고 어떻게 고려할 수 있는지 알고 있습니다. 또한 온도가 낮 으면 전자 장치가 더 효율적이며 때로는 초전도 상태가됩니다.

Curiosity를 제작하는 엔지니어조차도 바퀴를 운전하는 모터의 저온 전자 장치를 고려했지만 결국에는 그것에 대해 결정한 곳을 읽은 것을 기억합니다.

화성, 유로파 또는 우주의 작동 온도와 일치하는 작동 온도를 가진 구성 요소를 만드는 것이 왜 그렇게 어려운가?

편집 : 지금까지 내 질문에 대한 답변은 없습니다. 전자 부품과 기계 부품, 그리스 등 모든 부품의 작동 온도가 비교적 좁다는 것을 알고 있습니다. 제 질문은, 작동 온도 대역이 -100 ° C 또는 그 이상인 특수한 차가운 금속 및 차가운 그리스 및 차가운 칩을 제작하지 않는 이유는 무엇입니까?

유효한 답은 다음과 같습니다. 너무 비싸고, 그러한 추위에 적합한 재료를 결정하기에는 과학이 불충분합니다. 이러한 차가운 재료는 지구의 끓는 열기 속에서 제조 될 수 없습니다.


흠 ... 당신의 질문은 왜 우주 탐침이 난방을 필요로 하는가였습니다. 그것에 대한 좋은 답변이 있습니다. 왜 어려운가요? 당신은 또한 그것에 대한 답변을 얻었습니다 (구성 요소 aso의 기계적 스트레스). 내가 전자에 대해 언급했듯이. 가능하지만 복잡하고 비싸다. 배터리의 경우 내가 아는 해결책이 없습니다. 윤활유도 마찬가지입니다. 그래서 나는 그 대답이 충분히 연구되지 않았거나 가능하지 않을 것이라고 생각합니다.
Jakob

이 답변에 만족하지 않으면 각 답변에 대해 개별적으로 의견을 작성하여 (사용자에게 알리도록) 답변이 원래 질문과 다른 부분을 설명하는 것이 좋습니다. 부적절한 답변에 대한 응답으로 만 질문을 업데이트하면 아무도 변경 사항에 대한 알림을받지 못하므로 정답을받을 가능성이 줄어 듭니다.
Ian

초전도성은 일반적으로 저온 에서 불량 컨덕터 에서 비롯됩니다 . 어느 쪽이든, 전자 장치의 구성 요소의 전도도는 장치가 올바르게 작동하기 위해 거의 변하지 않아야합니다. 이와 관련하여 초전도성은 좋지 않다.
Manishearth

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데이터 포인트로서 한 가지 이유는 제빙 입니다. TES 악기 의 요구는 그것의 광학 얼음 축적의 취소 유지합니다. 거의 진공 상태에서 일정한 온도를 유지하는 것은 어려운 엔지니어링 문제 일 수 있습니다. ( 인간적 요소에 중점을 두지 만 진공 상태 및 저 중력에서 로봇 공학의 과제에 대한 아이디어를 제공 할 수있는 Packing for Mars를 참조하십시오 .)
Jon Ericson

답변:


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저온에서 전자 부품의 제조 공정에서 수행되는 연구와 개발이 충분하지 않기 때문입니다. 그리고 프로브는 신뢰할 수 있어야합니다.

예를 들어 칩에는 실리콘 부품과 텅스텐 부품이 있기 때문에 250 ℃에서 부품을 만들 수 없으며 -100 ℃에서 작동 할 것으로 예상 할 수 있습니다. 이 둘은 온도 대 확장 특성이 다르기 때문에 부품이 단순히 분리됩니다.

저온에서는 납땜에 주석을 사용할 수 없으며 주석 해충을 참조하십시오 .


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부품은 제한된 온도 범위에서만 안정적으로 작동하기 때문입니다. 온도가 범위를 벗어나면 칩이 올바르게 작동하지 않거나 전혀 작동하지 않을 수 있습니다.

프로브에는 일반적으로 일종의 백업 배터리가 있으며 배터리가 0 ° C보다 차가워지면 용량이 실제로 빨리 손실됩니다. 배터리와 전자 장치를 따뜻하게 유지하는 것이 다른 특성을 보완하는 것보다 간단하고 효율적입니다.


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전자, 전자 부품 및 기계 부품의 온도 감도에 대한 세 가지 주요 사항을 제시하겠습니다.

  • 모든 배터리는 온도와 관련하여 매우 민감 합니다. 화학 반응 속도가 감소하고 누설 전류가 증가합니다.

  • 실리콘 칩은 일반적으로 저온에 문제가 없습니다. 포장과 PCB 기판 및 본드가 무엇입니까? 그리고 여기에서도 실제 문제는 저온이 아니라 온도 범위입니다. 그 이유는 재료가 열전도도 및 팽창과 같은 열 특성이 다르기 때문입니다. 패키지 칩과 PCB와의 결합은 기계적 응력을 발생시켜 전도성 물질에서 미세 균열의 가능성을 높입니다.

  • 모터 및 기어와 같은 움직이는 기계 부품은 종종 작동하기 위해 윤활유가 필요합니다. 이러한 윤활유의 기계적 특성은 온도에 매우 민감합니다.

내가 아는 한 기본 배터리로 갈 수있는 최저 온도는 -50C입니다. 이차는 더욱 악화됩니다. 따라서 단열 및 가열 이외의 다른 옵션은 없습니다. 전자 장치는 실리콘과 유사한 확장 성을 가진 PCB 재료를 사용하여 저온에서 작업을 수행 할 수 있으며 클래식 칩 패키징없이 실리콘 칩을 기판에 직접 장착 할 수 있습니다.


배터리가 -50 C 이하로 존재할 수없는 이유는 무엇입니까? 또한 우주 탐사선은 주로 원자로와 태양 전지판을 사용하여 전력을 공급합니다. 이것들은 절대 온도 제한이 있습니까?
Ansis Māliņš 2014 년

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글쎄, 여전히 존재하지만 작동을 멈 춥니 다. batteryuniversity.com/learn/article/… 나는 아직 원자로가있는 탐침을 보지 못했습니다. 그들은 핵 발전기 또는 히터를 사용합니다. 둘 다 방사성 동위 원소의 자연 붕괴를 사용합니다. 태양 전지판은 여전히 ​​작동하지만 우주 로봇의 경우 대부분 배터리와 함께 사용됩니다.
Jakob

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다른 질문에서 언급되지 않은 한 가지 요소는 온도 변화에 따라 재료마다 다른 방식으로 부피가 변한다는 것입니다. 이것은 온도 조절 장치에서 바이메탈 스트립의 개념이며, 냉동시 파이프가 파열되는 이유와 식품이 "냉동실에서 태워지는"이유입니다. 따라서 반도체는 저온에 상당히 탄력적 일 수 있지만 다양한 재료 (다른 합금, 다른 윤활제)를 가진 기계 부품은 그다지 적습니다.

-100C와 같은 극한 온도에서 작동하는 기계 부품을 가지려면 해당 온도에서 제조하고 해당 온도에서 주요 구성 요소에 통합 한 다음 공간에 도달 할 때까지 차갑게 유지해야합니다.


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프로브가 우주로 발사 된 후,이 - 나는 주된 이유는 신뢰성 것을 제안 갖고 작업에.

따라서 광범위한 테스트를 거친 알려진 신뢰할 수있는 알려진 재료를 지구상에서 완전히 테스트 할 수없는 새로운 재료를 "발명"하는 것보다 가열하는 것이 훨씬 안전합니다.


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화학에서는 특정 금속 / 비금속의 특성에 대해 생각한 물질의 구성을 배우게됩니다. 융점 / 동결 점과 같은 특정 제한이 있습니다.

전자 제품의 온도는 중요합니다. 컴퓨터를 오버 클로킹 할 때 칩을 식히려면 액체 질소가 필요합니다. 다른 장치에서도 마찬가지입니다.

우주로 들어가는 전자 장치는이 문제에 직면 할뿐만 아니라 데이터를 손상시킬 수있는 방사선에주의해야합니다. 따라서 일반적으로 로버는 백업을 위해 추가 칩 / 배터리를 운반합니다. 그들이 수집 한 데이터는 매우 중요합니다.

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