ทำไมโพรบอวกาศต้องการความร้อน

ฉันรู้ว่าอุณหภูมิมีอิทธิพลต่อลักษณะของเซมิคอนดักเตอร์และวัสดุอื่น ๆ แต่เรารู้วิธีและสามารถนำมาพิจารณาได้ ยิ่งไปกว่านั้นอุณหภูมิที่ต่ำลงทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีประสิทธิภาพมากขึ้นบางครั้งก็ยิ่งเป็นตัวนำยิ่งยวด

ฉันจำได้ว่าอ่านที่ไหนสักแห่งว่าวิศวกรที่สร้างความอยากรู้อยากเห็นถือเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีอุณหภูมิต่ำสำหรับมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนล้อ แต่ก็ยังตัดสินใจกับมันในท้ายที่สุด

ทำไมจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะสร้างส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิในการทำงานที่ตรงกับที่อยู่บน Mars, Europa หรือในอวกาศ?

แก้ไข: ยังไม่มีคำตอบสำหรับคำถามของฉัน ฉันรู้ว่าทุกส่วนทั้งอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องจักรกลและจาระบีเป็นต้นมีอุณหภูมิในการทำงานค่อนข้างแคบ คำถามของฉันคือทำไมเราไม่สร้างโลหะเย็นพิเศษจาระบีเย็นและชิปเย็นที่มีแถบอุณหภูมิแคบที่อุณหภูมิ -100 C หรืออะไรก็ตาม

คำตอบที่ถูกต้องอาจเป็น: มันมีราคาแพงเกินไปวิทยาศาสตร์ได้ทำการตรวจสอบวัสดุที่ไม่เหมาะสมพอสำหรับความเย็นเช่นนี้วัสดุเย็นเหล่านั้นไม่สามารถผลิตได้ในความร้อนที่ร้อนแรงของดาวเคราะห์โลก

เนื่องจากมีงานวิจัยและพัฒนาไม่เพียงพอในกระบวนการผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในอุณหภูมิต่ำ และหัววัดต้องเชื่อถือได้

คุณไม่สามารถสร้างชิ้นส่วนได้เช่น 250'C และคาดว่าชิ้นส่วนเหล่านี้จะทำงานที่ -100'C เพราะตัวอย่างเช่นชิปที่มีชิ้นส่วนซิลิกอนรวมถึงชิ้นส่วนทังสเตน ทั้งสองมีอุณหภูมิแตกต่างกันกับลักษณะการขยายดังนั้นชิ้นส่วนก็จะแตกสลาย

ในอุณหภูมิต่ำคุณไม่สามารถใช้ดีบุกสำหรับบัดกรีเห็นศัตรูพืชดีบุก

เนื่องจากชิ้นส่วนทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเฉพาะในช่วงอุณหภูมิที่ จำกัด หากอุณหภูมิอยู่นอกช่วงชิปอาจทำงานไม่ถูกต้องหรือไม่ทำงานเลย

โพรบมักจะมีแบตเตอรี่สำรองบางชนิดและแบตเตอรี่จะสูญเสียความจุอย่างรวดเร็วหากได้รับอุณหภูมิที่เย็นกว่า 0 ° C มันง่ายและมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการทำให้แบตเตอรี่และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อุ่นกว่าเพื่อชดเชยลักษณะที่แตกต่างกัน

ฉันจะหยิบยกประเด็นหลักสามข้อสำหรับความไวต่ออุณหภูมิของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และชิ้นส่วนเครื่องจักรกล:

• แบตเตอรี่ทั้งหมดค่อนข้างไวเมื่ออุณหภูมิ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีลดลงและกระแสรั่วไหลเพิ่มขึ้น

• ชิปซิลิคอนมักจะไม่มีปัญหากับอุณหภูมิต่ำ บรรจุภัณฑ์และพื้นผิว PCB และพันธะคืออะไร และที่นี่ปัญหาที่เกิดขึ้นจริงไม่ใช่อุณหภูมิต่ำ แต่เป็นช่วงอุณหภูมิ เหตุผลนี้เป็นเพราะวัสดุมีคุณสมบัติทางความร้อนที่แตกต่างกันเช่นการนำความร้อนและการขยายตัว ชิปที่บรรจุรวมถึงพันธะกับ PCB จะสร้างความเค้นเชิงกลซึ่งเพิ่มโอกาสของการแตกหักขนาดเล็กในวัสดุนำไฟฟ้า

• การเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนเครื่องจักรกลเช่นมอเตอร์และเกียร์มักต้องใช้สารหล่อลื่นในการทำงาน สมบัติเชิงกลของสารหล่อลื่นเหล่านี้มีความไวต่ออุณหภูมิมาก

เท่าที่ฉันรู้ว่าต่ำสุดที่คุณสามารถไปกับแบตเตอรี่หลักคือสิ่งที่ชอบ -50C คนที่สองยิ่งแย่กว่านี้อีก ดังนั้นจึงไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากการป้องกันและความร้อน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่คุณสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิต่ำโดยใช้วัสดุ PCB ซึ่งมีการขยายตัวคล้ายกับซิลิกอนและติดชิปซิลิคอนลงบนพื้นผิวโดยตรงโดยไม่ต้องใช้บรรจุภัณฑ์ชิปแบบดั้งเดิม

ปัจจัยหนึ่งในเรื่องนี้ที่ไม่ได้กล่าวถึงในคำถามอื่น ๆ คือวัสดุที่แตกต่างกันเปลี่ยนปริมาณของพวกเขาในรูปแบบที่แตกต่างกันในการตอบสนองต่อความผันผวนของอุณหภูมิ นี่คือแนวคิดที่อยู่เบื้องหลังแถบ bimetallic ในเทอร์โมสแตททำไมท่อแตกเมื่อถูกแช่แข็งและทำไมอาหารของคุณถึงถูก“ เผาไหม้ช่องแข็ง” ดังนั้นแม้ว่าเซมิคอนดักเตอร์อาจมีความยืดหยุ่นต่ออุณหภูมิที่ค่อนข้างเย็นชิ้นส่วนเครื่องจักรกลที่มีความหลากหลายของวัสดุ (โลหะผสมที่แตกต่างกัน

ในการมีชิ้นส่วนทางกลที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง (เช่น -100C) สันนิษฐานว่ามันจะต้องมีการประดิษฐ์ที่อุณหภูมินั้นรวมเข้ากับส่วนประกอบหลักที่อุณหภูมินั้นและเก็บความเย็นจนกว่าจะถึงพื้นที่

ผมขอแนะนำว่าเหตุผลที่สำคัญคือความน่าเชื่อถือ - เมื่อการสอบสวนได้รับการเปิดตัวเข้ามาในพื้นที่ก็HASในการทำงาน

ด้วยเหตุนี้จึงปลอดภัยกว่าในการให้ความร้อนกับวัสดุที่รู้จักเชื่อถือได้และได้รับการทดสอบอย่างกว้างขวางมากกว่าที่จะ "ประดิษฐ์" วัสดุใหม่ที่ไม่สามารถทดสอบบนโลกได้อย่างสมบูรณ์

ในวิชาเคมีคุณจะได้เรียนรู้องค์ประกอบของสสารที่พวกเขาคิดเกี่ยวกับคุณสมบัติของโลหะ / อโลหะ มีข้อ จำกัด บางประการเช่นจุดหลอมเหลว / จุดเยือกแข็ง

อุณหภูมิมีความสำคัญต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เมื่อคุณโอเวอร์คล็อกคอมพิวเตอร์ของคุณคุณต้องมีไนโตรเจนเหลวเพื่อทำให้ชิปของคุณเย็นลง สิ่งเดียวกันนี้เป็นจริงสำหรับอุปกรณ์อื่น ๆ

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ออกสู่อวกาศไม่เพียง แต่ต้องเผชิญกับปัญหานี้เท่านั้น แต่ยังต้องระมัดระวังเกี่ยวกับการแผ่รังสีซึ่งอาจทำให้ข้อมูลเสียหายได้ ดังนั้นโดยปกติโรเวอร์จะมีชิป / แบตเตอรี่เพิ่มเติมเพื่อสำรอง ข้อมูลที่รวบรวมมีความสำคัญมาก