Por que as sondas espaciais precisam de aquecimento?

Eu sei que a temperatura influencia as características dos semicondutores e outros materiais, mas sabemos como e podemos levar isso em consideração. Além disso, temperaturas mais baixas tornam a eletrônica mais eficiente, às vezes até supercondutora.

Lembro-me de ler em algum lugar que os engenheiros que construíram o Curiosity consideravam eletrônicos de baixa temperatura para os motores que dirigiam as rodas, mas ainda decidiram contra isso no final.

Por que, aparentemente, é tão difícil construir componentes com temperaturas operacionais iguais às de Marte, Europa ou no espaço?

Edit: Nenhuma das respostas aborda minha pergunta até agora. Sei que todas as peças, eletrônicas e mecânicas, e graxas e assim por diante, têm temperaturas de trabalho relativamente estreitas. Minha pergunta é: por que não construímos metais frios especiais, graxas e lascas frias que têm sua faixa estreita de temperatura operacional a -100 C ou o que quer?

Respostas válidas podem ser: é muito caro, ciência insuficiente foi feita para determinar materiais apropriados para esse frio, esses materiais frios não podem ser fabricados no calor sufocante do planeta Terra.

Porque não há pesquisa e desenvolvimento suficientes no processo de fabricação de componentes eletrônicos em baixas temperaturas. E as sondas devem ser confiáveis.

Você não pode fabricar peças em 250ºC e esperar que funcionem em -100ºC porque, por exemplo, um chip possui peças de silicone e peças de tungstênio. Esses dois têm características diferentes de temperatura versus extensão, de modo que as peças simplesmente se desmoronam.

Em baixas temperaturas, você não pode usar estanho para soldar, veja pragas de estanho .

Porque as peças funcionam de forma confiável apenas em uma faixa limitada de temperaturas. Se a temperatura estiver fora da faixa, os chips podem não funcionar corretamente ou até não funcionar.

As sondas geralmente também têm algum tipo de bateria de reserva e as baterias perdem a capacidade muito rapidamente se ficarem mais frias que 0 ° C. Simplesmente é mais fácil e mais eficiente manter a bateria e os componentes eletrônicos quentes do que compensar as diferentes características.

Eu propus três pontos principais para a sensibilidade à temperatura de eletrônicos, componentes eletrônicos e peças mecânicas:

• Todas as baterias são bastante sensíveis quando se trata de temperatura. As taxas de reação química são reduzidas e a corrente de fuga é aumentada.

• Os chips de silicone geralmente não têm problemas com baixas temperaturas. O que faz é a embalagem e os substratos e ligações de PCB. E mesmo aqui o problema real não é a baixa temperatura, mas a faixa de temperatura. A razão para isso é que os materiais têm propriedades térmicas diferentes, como condutividade térmica e expansão. Os chips embalados, bem como as ligações com o PCB, geram tensões mecânicas que aumentam as chances de micro-fraturas nos materiais condutores.

• Peças mecânicas em movimento, como motores e engrenagens, geralmente precisam de lubrificantes para funcionar. As propriedades mecânicas desses lubrificantes são muito sensíveis à temperatura.

Tanto quanto sei, o mais baixo possível com as baterias primárias é algo como -50C. Secundários são ainda piores. Portanto, não há outra opção senão isolar e aquecer. Os componentes eletrônicos podem ser trabalhados em baixas temperaturas, usando materiais de PCB com expansão semelhante ao silício e montando diretamente os chips de silício no substrato sem a embalagem clássica de chips.

Um fator que não foi mencionado nas outras questões é que diferentes materiais alteram seus volumes de maneiras diferentes em resposta às flutuações de temperatura. Esse é o conceito por trás das tiras bimetálicas nos termostatos, por que os tubos estouram quando congelados e por que sua comida é "queimada no freezer". Portanto, embora os semicondutores possam ser razoavelmente resistentes a baixas temperaturas, peças mecânicas com uma variedade de materiais (ligas diferentes, lubrificantes diferentes) serão menos.

Para ter uma peça mecânica que funcione a uma temperatura extrema (como -100 ° C), presumivelmente ela precisaria ser fabricada a essa temperatura, integrada ao componente principal a essa temperatura e mantida fria até atingir o espaço.

Gostaria de sugerir que a principal razão é a confiabilidade - uma vez por sonda foi lançada ao espaço, ele TEM ao trabalho.

Como tal, é muito mais seguro aquecer um material conhecido e confiável que foi submetido a testes extensivos do que "inventar" um novo material que não possa ser totalmente testado na Terra.

Em química, você aprenderá a composição da matéria lá em que eles pensaram sobre as propriedades de certos metais / não metais. Eles têm certos limites, como ponto de fusão / ponto de congelamento.

A temperatura é importante na eletrônica. Quando você faz um overclock no seu computador, precisa de nitrogênio líquido para esfriar seu chip. O mesmo vale para qualquer outro dispositivo.

Os eletrônicos que entram no espaço não apenas enfrentam esse problema, mas também devem ser cautelosos com as radiações que podem corromper os dados. Assim, normalmente os rovers carregam chips / baterias adicionais para backup. Os dados que eles coletam são de grande importância.