На 12 август в 15:31 ч. пекинско време, детекторът Parker Solar Probe (Parker Solar Probe) на военновъздушната база Кейп Канаверал беше изстрелян с тежка ракета Delta 4, която беше изстреляна от историческия парк Sun (Parker Solar Probe). След 43-минутен полет, въпреки че периодът беше подозрителен за загуба на трето ниво на вълнуващ момент, за щастие, това беше крайният пропуск, детекторът Parker успешно се отдели от ракетата, стъпи на дългия път към слънцето и по този начин откри новото пътешествие на човечеството в изследването на слънцето!
Слънчев детектор
Място за изстрелване
За да се създаде световен рекорд за достигане до най-близката точка на слънцето, хората трябва да намерят материали, които могат да издържат на безпрецедентни нива на ултрависоки температури. Може да се каже, че ако няма система за термична защита (TPS), няма и Parker. Според плана, Parker ще навлезе на 4 милиона мили от повърхността на слънцето (6,11 милиона км). За да се адаптира към тази изключително гореща среда, детекторът ще носи композитен топлинен щит, чийто купол ще издържа на отблясъците от слънцето. Топлинният щит не би могъл да бъде направен преди 10 години.
Ако сте спътник с площ от 1 квадратен метър в околоземна орбита и слънчевата енергия е около 1350 вата, за да ви достигне, Parker е около 25 пъти по-близо от тази позиция, което е около 850 000 вата топлина на квадратен метър. Ако се брои площта, слънчевата сонда на Parker трябва да издържи около 3 милиона вата енергия. Термичният щит на детектора е известен още като система за термична защита (TPS), състояща се от два композитни слоя, подсилени с въглерод, и въглеродна пяна с междинна скоба от около 4,5 инча (11,43 см). Термичният щит, обърнат към слънцето, също има специално бяло покритие, за да отразява максимално слънчевата енергия. Този материал е устойчив на 2500 градуса по Фаренхайт (около 1371 ℃) и гарантира, че инструментът работи при около 85 градуса по Фаренхайт (около 30 ℃).
„Ако тази задача е била през 60-те до 70-те години, дори когато е била внедрена през 80-те, е възможно да се летят с метали с висока топлоустойчивост“, каза Дрисман. „Учените ще построят метален Джердон с много висока точка на топене, но никога няма да го изпратят в рая, защото металът е твърде тежък. За разлика от повечето търговски въглеродни влакна, тяхната въглерод-въглеродна структура не се полимеризира чрез втвърдяване на смоли, защото втвърдените смоли се изпаряват близо до слънцето като масло върху горещи пътни настилки“, каза той. За да направи топлинния щит, НАСА пълни смолата с „нарязани въглеродни влакна“, след което втвърдява смолата, изпича я в пещ с температура от 3000 градуса и повтаря процеса 4 до 5 пъти. „В крайна сметка ще получите въглеродните влакна, които са обвити около вас. Въглерод-въглеродната структура, за която говорим, е чист въглерод, без смоли и други вещества. Предната и задната страна на термичния щит са направени от тази въглерод-въглеродна плоча, която освен че е изолирана, има много силна механична якост.“ Два слоя въглерод-въглеродни листове са достатъчно тънки, за да се огъват и дори да се припокриват. В средата на двуслойния въглерод-въглероден материал е слой от около 4,5 инча въглеродна пяна, която сега обикновено се използва в медицинската индустрия за създаване на алтернативни кости. Сандвич дизайнът поддържа цялата структура - подобна на гофриран картон - която тежи само 160 паунда (около 73 кг) за целия 8-футов топлинен щит.
Пяната е и най-важната структура, изпълняваща функцията на топлоизолация на щита. Но 97% от въглеродния мехур е въздух, което допълнително намалява теглото на космическите сонди. Самият въглерод е топлопроводим, а структурата на пяната означава също, че не се предава толкова много топлина. Мехурчетата не са лесни за тестване, те са изключително крехки. Но има и друг проблем. „Когато се нагреят, те горят“, каза Абел. Горенето не е голям проблем във вакуум, но останалият въздух в теста ще доведе до изгаряне на мехурчетата на въглен. Затова инженерите от Националната лаборатория Оук Ридж са използвали високотемпературни плазмени дъгови лампи, за да тестват топлоизолацията на тези въглеродни пяни за висока температурна устойчивост. Само топлоизолацията на тези въглеродни пяни не е достатъчна, за да гарантира, че детекторите ще работят при необходимата температура. Тъй като в космоса няма разсейване на въздуха, единственият начин за разсейване на топлината е разсейването на светлината и излъчването на топлина под формата на фотони. Следователно е необходим друг защитен слой: бял защитен слой, който отразява топлината и светлината.
Схематична диаграма на структурата на термичния екран на соларния детектор Parker
За тази цел Лабораторията по приложна физика в университета Джонс Хопкинс и Лабораторията за напреднали технологии към Инженерното училище Уайтинг (Advanced Technology Laboratory in Johns Hopkins's Whiting School Engineering) сформираха екип от експертни екипи за супер луксозни топлоизолационни покрития, като екипът обхвана изследванията на високотемпературна керамика, химични и плазмено напръскани покрития. Чрез допълнителни тестове екипът в крайна сметка избра белия защитен слой на базата на алуминиев оксид. Но защитният слой би посивял във високотемпературна среда с въглеродна реакция, така че инженерите добавиха слой волфрам в средата, по-тънък от косъма, и го нанесоха между топлинния щит и белия щит, за да предотвратят взаимодействието между двата слоя. Те също така добавиха нано-допиращ агент, за да направят щитовете по-бели и да предотвратят термичното разширение на частиците алуминиев оксид. Денис Нейгъл, главен изследовател в Центъра за системни науки и инженерство, каза, че обикновено при използване на керамика се предпочита твърдо, поресто покритие, но материалът се чупи при удар с чук. При температурата, на която е изложен Parker, гладкото покритие се чупи като прозорец, ударен от камък. Следователно, дори порестите покрития могат да издържат на тази екстремна среда. Когато в порестите покрития се появят пукнатини, те спират, когато достигнат порите. Покритието се състои от няколко едри гранулирани слоя – достатъчни, за да позволят на група керамични частици да отразяват липсващата светлина от друг слой.
Време на публикуване: 15 август 2018 г.