Hora de Pequín, 12 d'agost a les 15:31, el detector solar Parker (sonda solar Parker) de la base de la força aèria de Cap Canaveral slc-37b va ser llançat per coets pesants Delta 4. Després d'un vol de 43 minuts, tot i que durant aquest període es va produir un tercer nivell de sospita de pèrdua del moment emocionant, afortunadament és la quasi-accidentada final. El detector Parker es va separar amb èxit del coet, va posar peu al llarg camí cap al sol i, per tant, va obrir un nou viatge d'exploració humana del sol!
Detector solar
Lloc de llançament
Per crear un rècord mundial per arribar al punt més proper al sol, cal trobar materials que puguin suportar nivells sense precedents de temperatures ultra altes. Es pot dir que si no hi ha un sistema de protecció tèrmica (TPS), no hi ha Parker. Segons el pla, Parker s'allunyarà a 6,11 milions de quilòmetres de la superfície del sol. Per adaptar-se a aquest entorn extremadament calorós, el detector portarà un escut tèrmic compost, la cúpula resistirà la resplendor del sol. L'escut tèrmic no s'hauria pogut fabricar fa 10 anys.
Si ets un satèl·lit d'1 metre quadrat en òrbita terrestre i l'energia del sol és d'uns 1350 watts per arribar-hi, però Parker està unes 25 vegades més a prop que aquesta posició, que són uns 850.000 watts de calor per metre quadrat. Si es compta l'àrea, la sonda solar de Parker ha de suportar uns 3 milions de watts d'energia. L'escut tèrmic del detector també es coneix com a sistema de protecció tèrmica (TPS), que consisteix en dues capes de compost millorat amb carboni i una escuma de carboni amb una brida intermèdia d'uns 4,5 polzades (11,43 cm). L'escut tèrmic orientat cap al Sol també té un recobriment blanc especial per reflectir l'energia del sol tant com sigui possible. Aquest material és resistent a 2.500 graus Fahrenheit (uns 1371 ℃) i garanteix que l'instrument funcioni a uns 85 graus Fahrenheit (uns 30 ℃).
"Si aquesta tasca es va dur a terme als anys 60 i 70, fins i tot quan es va desplegar als anys 80, és possible fer volar metalls d'alta resistència a la calor", va dir Driesman. "Els científics construiran un Jerdon metàl·lic amb un punt de fusió molt alt, però mai l'enviaran al cel, perquè el metall és massa pesat. A diferència de la majoria de fibres de carboni comercials, la seva estructura de carboni-carboni no es polimeritza mitjançant resines endurides perquè les resines endurides s'evaporen a prop del sol com l'oli a les superfícies calentes de les carreteres", va dir. Per fer l'escut tèrmic, la NASA omple la resina amb "fibra de carboni picada", després endureix la resina, la cou en un forn a 3.000 graus i repeteix el procés de 4 a 5 vegades. "Finalment, obtindreu la fibra de carboni que us envolta. L'estructura de carboni-carboni de la qual parlem és de carboni pur, lliure de resines i altres substàncies. Les cares frontal i posterior de l'escut tèrmic estan fetes d'aquesta placa de carboni-carboni, que, a més d'estar aïllada, té una resistència mecànica molt forta". Dues capes de làmines de carboni-carboni són prou primes per doblegar-se i fins i tot superposar-se. Al mig d'un material de carboni-carboni de dues capes, hi ha una capa d'uns 11 cm d'escuma de carboni, que ara s'utilitza generalment a la indústria mèdica per crear ossos alternatius. El disseny sandvitx sosté tota l'estructura, com si fos cartró ondulat, que pesa només 73 kg per a tot l'escut tèrmic de 2,4 metres de gruix.
L'escuma també és l'estructura més important de la funció d'aïllament de l'escut tèrmic. Però el 97% de la bombolla de carboni és aire, per tal de reduir encara més el pes de les sondes espacials. El carboni en si mateix és tèrmicament conductor, i l'estructura de l'escuma també significa que no hi ha tanta calor per transmetre. Les bombolles no són fàcils de provar, són extremadament fràgils. Però hi ha un altre problema. "Quan s'escalfen, es cremen", va dir Abel. Cremar-se no és un gran problema en el buit, però l'aire restant a la prova farà que les bombolles es cremin i es converteixin en carbó vegetal. Per tant, els enginyers del Laboratori Nacional d'Oak Ridge van utilitzar làmpades d'arc de plasma d'alta temperatura per provar l'escut tèrmic d'aquestes escumes de carboni d'alta resistència a la temperatura. L'aïllament tèrmic d'aquestes escumes de carboni per si sol no és suficient per garantir que els detectors funcionin a la temperatura requerida. Com que no hi ha dissipació d'aire a l'espai, l'única manera de dissipar la calor és dispersar la llum i emetre calor en forma de fotons. Per tant, es necessita una altra capa protectora: una capa protectora blanca s'utilitza per reflectir la calor i la llum.
Diagrama esquemàtic de l'estructura de la pantalla tèrmica del detector solar Parker
Amb aquesta finalitat, el Laboratori de Física Aplicada de la Universitat Johns Hopkins i el Laboratori de Tecnologia Avançada de l'Escola d'Enginyeria Whiting (Laboratori de Tecnologia Avançada de l'Escola d'Enginyeria Whiting de la Universitat Johns Hopkins) han format un equip d'experts en recobriments aïllants tèrmics de superluxe, amb una investigació en equip que cobreix ceràmica d'alta temperatura, recobriments químics i de polvorització de plasma. Després de proves addicionals, l'equip finalment va triar la capa protectora blanca basada en alúmina. Però la capa protectora es tornaria grisa en un entorn d'alta temperatura amb una reacció de carboni, de manera que els enginyers van afegir una capa de tungstè al mig, més fina que el cabell, i la van recobrir entre l'escut tèrmic i l'escut blanc per evitar la interacció entre les dues capes. També van afegir un agent de nanodopatge per fer que els escuts siguin més blancs i evitar l'expansió tèrmica de les partícules d'alúmina. Dennis Nagle, enginyer en cap de recerca del Centre de Ciència i Enginyeria de Sistemes, va dir que normalment, quan s'utilitza ceràmica, es prefereix un recobriment rígid i porós, però el material es trenca quan es colpeja amb un martell. A la temperatura a la qual s'enfronta Parker, el recobriment suau es trenca com una finestra colpejada per una pedra. Per tant, fins i tot els recobriments porosos poden suportar aquest entorn extrem. Quan es produeixen esquerdes en recobriments porosos, les esquerdes s'aturen quan arriben als porus. El recobriment consta de diverses capes granulars gruixudes, suficients per permetre que un grup de partícules ceràmiques reflecteixin la llum que falta d'una altra capa.
Data de publicació: 15 d'agost de 2018