氦在航天器和衛星中的低溫技術

什么是低溫技術？

 低溫學研究材料在極低溫度下的生產和行為。氦氣等低溫液體的溫度范圍介于 -271.15°C 至 -196°C 之間。低溫應用利用了在這些低溫環境中增加強度、改善導電性和增強隔熱等特性。

低溫技術背后的原理涉及控制冷卻速率。這是通過利用沸點和蒸發速率來實現所需的溫度范圍來完成的。在某些情況下，這涉及使用機械制冷劑甚至液氮將材料迅速冷卻至零度以下。

通過操縱環境，材料可以冷卻到室溫以下，而不會將其物理狀態從固態變為液態。

 然而，并非所有材料在暴露于極端寒冷條件下時都會做出同樣的反應。例如，無論冷卻多遠，氦氣仍然是氣體，而水在 0°C 時會變成冰。了解每種材料在不同溫度下的獨特特性有助于

科學家確定哪些物質最適合特定的低溫應用。

低溫技術已被用于航天器和衛星以實現高效運行。

 低溫技術用于太空應用，因為它們允許在較低溫度下儲存推進劑并降低其蒸氣壓。低溫燃料還提供比化學燃料更高的比沖，從而延長任務持續時間。低溫推進劑罐重量輕，

熱膨脹系數低。這使他們能夠在船上儲存更多的燃料。

 采用低溫技術的航天器有一個絕緣內罐，內含液態氫或液態氧，溫度保持在 -253°C 至 -183°C 之間。為保持此溫度，在容器壁周圍安裝多層絕緣 (MLI) 毯等絕緣層。

這可以防止熱量從外部環境散失到其中。這些系統可以使用散熱器或焦耳-湯姆遜冷卻器等主動冷卻機制來進一步控制其溫度。

 由于與其他類型的燃料源相比具有高功率密度，衛星在運行期間廣泛使用低溫技術。為了讓它們在整個任務期間保持功能，衛星需要持續供電，這由太陽能電池板或放射性

同位素熱電發電機 (RTG) 提供。RTG 需要儲存在高度絕緣容器內的液態氫來產生電能。因此，衛星運營商必須嚴重依賴低溫技術來確保長時間不間斷的性能。

 近年來，在提高低溫技術在航天器和衛星中的使用效率方面取得了進展。有了這些進步，我們很可能會看到通過增加實現更高水平的效率提升。