なぜ宇宙探査機は加熱が必要なのですか？

温度は半導体やその他の材料の特性に影響することは知っていますが、私たちはそれを知っており、それを考慮に入れることができます。さらに、温度が低いほど電子機器の効率が上がり、時には超伝導になることもあります。

Curiosityを構築しているエンジニアが、車輪を駆動するモーター用の低温電子機器を検討したこともあるが、結局それに対して反対することをどこかで読んだことを覚えている。

どうして、火星、ヨーロッパ、または宇宙での動作温度と一致する動作温度を持つコンポーネントを構築することがそれほど難しいのですか？

編集：これまでのところ、私の答えはどれも私の質問に対応していません。電子部品、機械部品、グリースなどのすべての部品の動作温度は比較的狭いことを知っています。私の質問は、-100℃などの狭い動作温度範囲を持つ特殊なコールドメタル、コールドグリース、コールドチップを作成してみませんか。

有効な答えは次のとおりです。コストが高すぎて、そのような寒さに適した材料を決定するのに十分な科学が行われていません。そのような冷たい材料は、地球のうねる熱で製造できません。

低温での電子部品の製造工程では、十分な研究開発が行われていないからです。そして、プローブは信頼できなければなりません。

たとえば、チップにはシリコン部品とタングステン部品があるため、250'Cで部品を作成して-100'Cで動作することを期待することはできません。これら2つは温度特性と伸び特性が異なるため、部品は単にバラバラになります。

低温では、はんだ付けにスズを使用することはできません。スズ害虫を参照してください。

パーツは限られた温度範囲でのみ確実に機能するためです。温度が範囲外の場合、チップは正しく動作しないか、まったく動作しない可能性があります。

プローブには通常、ある種のバックアップバッテリーもあり、0°Cよりも低温になるとバッテリーの容量が非常に早く失われます。異なる特性を補償するよりも、バッテリーと電子機器を暖かく保つ方が簡単で効率的です。

電子機器、電子部品、機械部品の温度感度について、3つの主要なポイントを提示します。

• 温度に関しては、すべてのバッテリーが非常に敏感です。化学反応速度が低下し、漏れ電流が増加します。

• シリコンチップは通常、低温の問題はありません。何がパッケージとPCB基板とボンドです。そしてここでも実際の問題は低温ではなく温度範囲です。これは、材料の熱伝導率や膨張などの熱特性が異なるためです。パッケージ化されたチップとPCBとの結合により、機械的応力が発生し、導電性材料の微小破壊の可能性が高まります。

• モーターやギアなどの可動機械部品は、多くの場合、潤滑剤が必要です。これらの潤滑剤の機械的特性は、温度に非常に敏感です。

私が知る限り、一次電池でできる最低は-50Cのようなものです。セカンダリはさらに悪いです。したがって、断熱と加熱以外の方法はありません。シリコンと同様に膨張するPCB材料を使用し、従来のチップパッケージを使用せずにシリコンチップを基板に直接マウントすることで、低温で作業できる電子機器。

他の質問で言及されていないこの1つの要因は、異なる材料が温度変動に応じて異なる方法で体積を変化させることです。これは、サーモスタットのバイメタルストリップの背後にある概念であり、なぜ冷凍時にパイプが破裂するのか、そして食品が「冷凍庫で焼かれる」理由です。したがって、半導体は低温にかなり耐性があるかもしれませんが、さまざまな材料（異なる合金、異なる潤滑剤）を備えた機械部品はそうではありません。

極端な温度（-100Cなど）で動作する機械部品を使用するには、おそらくその温度で製造し、その温度で主要コンポーネントに統合し、宇宙に到達するまで低温に保つ必要があります。

私は、主な理由は信頼性であることを示唆している-プローブが宇宙に打ち上げられた後、それはHAS仕事に。

そのため、地球上で完全にテストできない新しい材料を「発明」するよりも、広範囲のテストを受けた既知の信頼できる材料を加熱する方がはるかに安全です。

化学では、特定の金属/非金属の特性について彼らが考えている物質の組成を学びます。それらには、融点/凝固点などの特定の制限があります。

電子機器では温度は重要です。コンピュータをオーバークロックする場合、チップを冷却するために液体窒素が必要です。同じことが他のデバイスにも当てはまります。

宇宙空間に入る電子機器は、この問題に直面するだけでなく、データを破壊する可能性のある放射線にも注意する必要があります。したがって、通常、ローバーはバックアップ用に追加のチップ/バッテリーを搭載しています。そこで収集するデータは非常に重要です。