Mengapa probe ruang membutuhkan pemanasan?

9

Saya tahu bahwa suhu memengaruhi karakteristik semikonduktor dan bahan lainnya, tetapi kami tahu bagaimana dan dapat memperhitungkannya. Selain itu, suhu yang lebih rendah membuat elektronik lebih efisien, kadang-kadang bahkan superkonduktor.

Saya ingat pernah membaca di suatu tempat bahwa insinyur yang membangun Curiosity bahkan menganggap elektronik suhu rendah untuk motor yang menggerakkan roda tetapi pada akhirnya tetap memutuskan untuk tidak melakukannya.

Mengapa begitu sulit untuk membangun komponen dengan suhu operasi yang cocok dengan yang ada di Mars, Europa, atau di luar angkasa?

Sunting: Sejauh ini tidak ada jawaban yang menjawab pertanyaan saya. Saya tahu bahwa semua bagian, baik elektronik dan mekanik, dan gemuk dan sebagainya memiliki suhu kerja yang relatif sempit. Pertanyaan saya adalah, mengapa kita tidak membuat logam dingin khusus dan pelumas dingin dan chip dingin yang memiliki pita suhu operasi sempit di -100 C atau apa pun?

Jawaban yang valid bisa berupa: terlalu mahal, tidak cukup ilmu yang telah dilakukan untuk menentukan bahan yang sesuai untuk dingin seperti itu, bahan dingin seperti itu tidak dapat diproduksi di panasnya panas planet Bumi.

heat-management cooling

— Ansis Māliņš
sumber

Hm ... pertanyaan Anda adalah mengapa probe ruang perlu dipanaskan. Anda mendapat jawaban yang bagus untuk itu. Mengapa ini sulit? Anda juga mendapatkan beberapa jawaban untuk itu (tekanan mekanis dalam komponen juga). Seperti yang saya sebutkan untuk elektronik. Itu mungkin, tetapi rumit dan mahal. Untuk baterai, tidak ada solusi yang saya tahu. Baik untuk pelumas. Jadi saya kira jawabannya tidak akan cukup dengan penelitian yang dilakukan, atau tidak mungkin.

— Jakob

Jika Anda tidak puas dengan jawaban ini, akan lebih baik untuk mengomentari setiap jawaban secara individual (sehingga pengguna diberi tahu) untuk menjelaskan di mana jawaban mereka jauh dari pertanyaan awal Anda. Jika Anda hanya memperbarui pertanyaan sebagai tanggapan terhadap jawaban yang tidak memadai, tidak ada yang akan diberi tahu tentang perubahan tersebut - Anda cenderung menerima jawaban yang benar.

— Ian

Perhatikan bahwa superkonduktivitas biasanya berasal dari konduktor yang buruk pada suhu rendah. Either way, konduktivitas komponen dalam perangkat elektronik harus tetap tidak berubah agar perangkat berfungsi dengan baik. Superkonduktivitas tidak baik dalam hal ini.

— Manishearth

1

Sebagai titik data, salah satu alasannya adalah untuk deicing . The TES instrumen kebutuhan untuk menjaga optik itu jelas es penumpukan. Dalam ruang hampa udara dekat, mempertahankan suhu konstan dapat menjadi masalah teknik yang sulit. (Lihat juga Packing for Mars , yang berfokus terutama pada faktor manusia, tetapi dapat memberi Anda gambaran tentang tantangan robot dalam ruang hampa udara dan gravitasi rendah.)

— Jon Ericson

3

Karena tidak ada cukup penelitian dan pengembangan yang dilakukan dalam proses pembuatan komponen elektronik dalam suhu rendah. Dan probe harus bisa diandalkan.

Anda tidak dapat membuat bagian dalam 250'C dan berharap mereka bekerja di -100'C karena misalnya chip memiliki bagian silikon serta bagian tungsten. Keduanya memiliki karakteristik suhu yang berbeda dengan ekstensi, sehingga bagian-bagiannya akan hancur berantakan.

Dalam suhu rendah, Anda tidak dapat menggunakan timah untuk menyolder hama timah .

— drzymala
sumber

5

Karena bagian-bagiannya berfungsi andal hanya dalam kisaran suhu terbatas. Jika suhunya di luar kisaran, chip mungkin tidak bekerja dengan benar atau bahkan tidak berfungsi sama sekali.

Probe biasanya juga memiliki semacam baterai cadangan dan baterai kehilangan kapasitas sangat cepat jika mereka menjadi lebih dingin dari 0 ° C. Ini lebih mudah dan lebih efisien untuk menjaga baterai dan elektronik tetap hangat daripada mengimbangi karakteristik yang berbeda.

— Plechart
sumber

2

Saya akan mengajukan tiga poin utama untuk sensitivitas suhu elektronik, komponen elektronik dan komponen mekanis:

Semua baterai cukup sensitif ketika datang ke suhu. Laju reaksi kimia berkurang, dan arus bocor meningkat.
Chip silikon biasanya tidak memiliki masalah dengan suhu rendah. Apa yang dilakukan adalah pengemasan dan PCB substrat dan ikatan. Dan bahkan di sini masalah sebenarnya bukanlah suhu rendah, tetapi kisaran suhu. Alasan untuk ini adalah bahwa bahan memiliki sifat termal yang berbeda, seperti konduktivitas termal dan ekspansi. Chip yang dikemas serta ikatan dengan PCB akan menghasilkan tekanan mekanis yang meningkatkan kemungkinan fraktur mikro pada bahan konduktif.
Memindahkan komponen mekanis seperti motor dan roda gigi seringkali membutuhkan pelumas untuk bekerja. Sifat mekanik pelumas tersebut sangat sensitif terhadap suhu.

Sejauh yang saya tahu terendah Anda bisa pergi dengan baterai primer adalah sesuatu seperti -50C. Sekunder bahkan lebih buruk. Jadi tidak ada pilihan lain selain mengisolasi dan memanaskan. Elektronik yang Anda dapat membuat bekerja pada suhu rendah, dengan menggunakan bahan PCB yang memiliki ekspansi yang mirip dengan silikon, dan langsung memasang chip silikon ke substrat tanpa kemasan chip klasik.

— Jakob
sumber

Mengapa baterai tidak bisa ada di bawah -50 C? Juga, wahana antariksa terutama menggunakan reaktor nuklir dan panel surya untuk tenaga. Apakah ini memiliki batasan suhu absolut?

— Ansis Māliņš

2

Yah, mereka masih ada, tetapi mereka berhenti berfungsi. batteryuniversity.com/learn/article/… Saya belum melihat penyelidikan dengan reaktor nuklir. Mereka menggunakan generator atau pemanas nuklir. Keduanya menggunakan peluruhan alami dari isotop radioaktif. Panel surya mungkin masih akan berfungsi, tetapi untuk robot ruang misalnya, sebagian besar waktu digunakan bersama dengan baterai.

— Jakob

2

Salah satu faktor dalam hal ini yang belum disebutkan dalam pertanyaan lain adalah bahwa bahan yang berbeda mengubah volume mereka dengan cara yang berbeda sebagai respons terhadap fluktuasi suhu. Ini adalah konsep di balik bimetal strip di termostat, mengapa pipa meledak ketika beku, dan mengapa makanan Anda mendapat "freezer terbakar". Jadi, meskipun semikonduktor mungkin cukup tangguh terhadap suhu dingin, bagian mekanis dengan berbagai bahan (paduan berbeda, pelumas berbeda) akan kurang begitu.

Untuk memiliki bagian mekanik yang bekerja pada suhu ekstrem (seperti -100C), mungkin perlu dibuat pada suhu itu, diintegrasikan ke dalam komponen utama pada suhu itu, dan tetap dingin sampai mencapai ruang.

— Ian
sumber

2

Saya menyarankan bahwa alasan utamanya adalah keandalan - begitu sebuah probe diluncurkan ke luar angkasa, ia HARUS bekerja.

Karena itu, jauh lebih aman untuk memanaskan material yang diketahui, andal, yang telah melalui pengujian ekstensif, daripada "menemukan" material baru yang tidak dapat sepenuhnya diuji di Bumi.

— Andrew
sumber

-2

Dalam kimia, Anda akan mempelajari komposisi materi di sana yang mereka pikirkan tentang sifat-sifat logam / non-logam tertentu. Mereka memiliki batas-batas tertentu, seperti titik leleh / titik beku.

Suhu tidak masalah dalam elektronik. Saat Anda melakukan overclock pada komputer Anda, Anda membutuhkan nitrogen cair untuk mendinginkan chip Anda. Hal yang sama berlaku untuk perangkat lain.

Elektronik yang masuk ke ruang angkasa tidak hanya menghadapi masalah ini tetapi juga mereka harus berhati-hati tentang radiasi yang dapat merusak data. Jadi, biasanya penemu membawa chip / baterai tambahan untuk cadangan. Data yang mereka kumpulkan di sana sangat penting.

— As sekop
sumber