Pourquoi les sondes spatiales ont-elles besoin de chauffage?

Je sais que la température influence les caractéristiques des semi-conducteurs et autres matériaux, mais nous savons comment et pouvons en tenir compte. De plus, des températures plus basses rendent l'électronique plus efficace, parfois même supraconductrice.

Je me souviens avoir lu quelque part que les ingénieurs qui construisaient Curiosity considéraient même l'électronique à basse température pour les moteurs entraînant les roues, mais ont finalement décidé de ne pas le faire.

Pourquoi est-il apparemment si difficile de construire des composants avec des températures de fonctionnement correspondant à celles de Mars, Europa ou dans l'espace?

Edit: Aucune des réponses ne répond à ma question jusqu'à présent. Je sais que toutes les pièces, électroniques et mécaniques, les graisses, etc., ont des températures de fonctionnement relativement étroites. Ma question est la suivante: pourquoi ne construisons-nous pas des métaux froids spéciaux, des graisses froides et des copeaux froids qui ont leur bande de température de fonctionnement étroite à -100 ° C ou autre?

Des réponses valables pourraient être: c'est trop cher, la science a été insuffisante pour déterminer les matériaux appropriés pour un tel froid, ces matériaux froids ne peuvent pas être fabriqués dans la chaleur étouffante de la planète Terre.

Parce qu'il n'y a pas assez de recherche et développement dans le processus de fabrication de composants électroniques à basse température. Et les sondes doivent être fiables.

Vous ne pouvez pas fabriquer de pièces à 250 ° C et vous attendre à ce qu'elles fonctionnent à -100 ° C car, par exemple, une puce a des pièces en silicium ainsi que des pièces en tungstène. Ces deux ont des caractéristiques de température et d'extension différentes, de sorte que les pièces s'effondreraient simplement.

À basse température, vous ne pouvez pas utiliser d'étain pour le soudage, voir ravageur de l'étain .

Parce que les pièces ne fonctionnent de manière fiable que dans une plage de températures limitée. Si la température est hors de la plage, les puces peuvent ne pas fonctionner correctement ou même ne pas fonctionner du tout.

Les sondes ont généralement une sorte de batterie de secours et les batteries perdent leur capacité très rapidement si elles deviennent plus froides que 0 ° C. Il est tout simplement plus facile et plus efficace de garder la batterie et l'électronique au chaud que de compenser les différentes caractéristiques.

Je présenterais trois points principaux concernant la sensibilité à la température de l'électronique, des composants électroniques et des pièces mécaniques:

• Toutes les batteries sont assez sensibles à la température. Les vitesses de réaction chimique sont réduites et le courant de fuite est augmenté.

• Les puces en silicone n'ont généralement pas de problème avec les basses températures. Qu'est-ce que l'emballage et les substrats et les liaisons PCB. Et même ici, le problème réel n'est pas la basse température, mais la plage de température. La raison en est que les matériaux ont des propriétés thermiques différentes, comme la conductivité thermique et l'expansion. Les puces emballées ainsi que les liaisons avec le PCB généreront des contraintes mécaniques qui augmentent les risques de micro-fractures dans les matériaux conducteurs.

• Les pièces mécaniques en mouvement comme les moteurs et les engrenages ont souvent besoin de lubrifiants pour fonctionner. Les propriétés mécaniques de ces lubrifiants sont très sensibles à la température.

Pour autant que je sache, le plus bas que vous puissiez utiliser avec des batteries primaires est quelque chose comme -50C. Les secondaires sont encore pires. Il n'y a donc vraiment pas d'autre option que d'isoler et de chauffer. L'électronique que vous pouvez faire fonctionner à basses températures, en utilisant des matériaux PCB qui ont une expansion similaire au silicium, et montez directement les puces de silicium sur le substrat sans l'emballage de puce classique.

Un facteur qui n'a pas été mentionné dans les autres questions est que différents matériaux modifient leurs volumes de différentes manières en réponse aux fluctuations de température. C'est le concept derrière les bandes bimétalliques des thermostats, pourquoi les tuyaux éclatent lorsqu'ils sont congelés et pourquoi vos aliments sont brûlés au congélateur. Ainsi, bien que les semi-conducteurs puissent être assez résistants aux températures froides, les pièces mécaniques avec une variété de matériaux (différents alliages, différents lubrifiants) le seront moins.

Pour avoir une pièce mécanique qui fonctionne à une température extrême (comme -100 ° C), il faudrait probablement qu'elle soit fabriquée à cette température, intégrée dans le composant principal à cette température et maintenue froide jusqu'à ce qu'elle atteigne l'espace.

Je dirais que la raison principale est la fiabilité - une fois qu'une sonde a été lancée dans l'espace, elle DOIT fonctionner.

En tant que tel, il est beaucoup plus sûr de chauffer un matériau connu et fiable qui a fait l'objet de tests approfondis que de "inventer" un nouveau matériau qui ne peut pas être entièrement testé sur Terre.

En chimie, vous apprendrez la composition de la matière là où ils vous ont pensé sur les propriétés de certains métaux / non-métaux. Ils ont certaines limites, comme le point de fusion / point de congélation.

La température est importante en électronique. Lorsque vous overclockez votre ordinateur, vous avez besoin d'azote liquide pour refroidir votre puce. Il en va de même pour tout autre appareil.

L'électronique qui va dans l'espace n'est pas seulement confrontée à ce problème, mais elle doit également faire attention aux radiations qui peuvent corrompre les données. Ainsi, les rovers transportent généralement des puces / batteries supplémentaires pour la sauvegarde. Les données qu'ils y collectent sont d'une grande importance.